stringtranslate.com

Оксидаза L-аминокислот

В энзимологии оксидаза L-аминокислот (LAAO) ( EC 1.4.3.2) — это фермент , катализирующий химическую реакцию :

L-аминокислота + H 2 O + O 2 2-оксокислота + NH 3 + H 2 O 2

Фермент был впервые описан в 1944 году А. Целлером и А. Маритцем. [1] LAAO не только весьма изменчивы с точки зрения молекулярной массы, они также сильно различаются по стабильности. [2] В том же ключе этот фермент выполняет множество биологических функций, включая индукцию апоптоза , индукцию отека , кровоизлияние и ингибирование или индукцию агрегации тромбоцитов . [3]

Как следует из названия семейства, LAAO являются флавоферментами , которые катализируют стереоспецифическое окислительное дезаминирование L- аминокислоты . [4] Три субстрата ферментативной реакции — это L- аминокислота , вода и кислород , тогда как три продукта — это соответствующая α- кетокислота (2-оксокислота), аммиак и перекись водорода . Один из примеров действия фермента происходит при превращении L-аланина в пировиноградную кислоту (2-оксопропионовую кислоту), как показано на рисунке 1.

Рисунок 1: Реакция L-аланина с оксидазой L-аминокислоты

Избыток

Змеиный яд

Хотя LAAO присутствуют во множестве эукариотических и прокариотических организмов, [5] змеиный яд является особенно богатым источником фермента, и предполагается, что LAAO оказывают токсическое действие при отравлении. [3] [6] [7] LAAO, очищенные из ядов различных видов змей, оказались наилучшими кандидатами для изучения этого нового семейства ферментов. [8] Было установлено, что в большинстве случаев, касающихся семейств змей, таких как Viperidae , Crotalidae и Elapidae , змеиный яд-LAAO (sv-LAAO) составляет около 1-9% от общего количества белка. [9]

Структура

Большинство sv-LAAO, как сообщается, являются гомодимерами с несколькими субъединицами, имеющими молекулярную массу около 50–70 кДа [6] , а взаимодействие между субъединицами происходит посредством нековалентных взаимодействий . Sv-LAAO присутствуют в кислотной, основной и нейтральной формах белка. [6] Исследования, изучающие рентгеновские кристаллические структуры, подтвердили, что sv-LAAO часто встречаются в виде функциональных димеров, причем каждый димер имеет три домена. Три домена — это сайт связывания субстрата , сайт связывания FAD и спиральный домен. [8] Было определено, что сайт связывания субстрата фермента находится в основании длинной воронки, которая простирается на 25 Å от поверхности во внутреннюю часть белка. [8] Также было определено, что простетическая группа FAD становится глубоко укорененной в структуре фермента, что обеспечивает всеобъемлющие взаимодействия как с соседними атомами, так и с консервативными молекулами воды. [8] Кроме того, эта флавинсодержащая простетическая группа была классифицирована как обеспечивающая змеиному яду его типичную темно-желтую окраску, которая показана на рисунке 2. [10]

Одной из необычных характеристик, описанных для sv-LAAO, является способность белка инактивироваться при холоде и реактивироваться при нагревании. [11] Таким образом, большинство sv-LAAO считаются термолабильными ферментами. [9]

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , в частности, тех, которые действуют на группу доноров CH-NH 2 с кислородом в качестве акцептора. Систематическое название этого класса ферментов — L-аминокислота: кислород оксидоредуктаза (дезаминирующая) . Этот фермент также называют офио-аминокислотной оксидазой . По состоянию на конец 2007 года для этого класса ферментов было решено 11 структур с кодами доступа PDB 1F8R, 1F8S, 1REO, 1TDK, 1TDN, 1TDO, 2IID, 2JAE, 2JB1, 2JB2 и 2JB3.

Биологическая функция

Специфичность

Были изучены специфические активности sv-LAAO с различными L-аминокислотами. Многие исследования показывают, что ряд sv-LAAO проявляют предпочтение к гидрофобным L-аминокислотам в качестве субстратов. [12] Например, результаты показали, что большинство sv-LAAO демонстрируют относительно высокую специфичность к гидрофобным аминокислотам, таким как L- Met , L- Leu и L- Ile, в дополнение к ароматическим аминокислотам, таким как L- Phe и L- Trp . [8] [13]

Активность

Этот фермент участвует в 8 метаболических путях : метаболизм аланина и аспартата , метаболизм метионина , деградация валина , лейцина и изолейцина , метаболизм тирозина , метаболизм фенилаланина , метаболизм триптофана , биосинтез фенилаланина , тирозина и триптофана и биосинтез алкалоидов . Он использует один кофактор , флавинадениндинуклеотид (ФАД). Фермент связывается с ФАД на первом этапе каталитического процесса, тем самым восстанавливая ФАД до ФАДН 2 . ФАД регенерируется из ФАДН 2 путем окисления в результате восстановления О 2 до Н 2 О 2 . Механизм протекает через окислительное дезаминирование L-аминокислоты, что дает промежуточное соединение иминокислоты . После гидролиза промежуточного соединения фермент успешно дает 2-оксокислоту, как показано на схеме 1. [8]

Схема 1: Общая схема ферментативной реакции для оксидазы L-аминокислот

Были обнаружены различные биологические активности изолированных sv-LAAO, включая цитотоксическую , антибактериальную , противовирусную и противопаразитарную активность, а также эффекты агрегации тромбоцитов . [14] Эти активности можно определить по способности фермента провоцировать окислительный стресс путем образования кислородных радикалов и перекиси водорода . [15] Конкретный механизм действия sv-LAAO с точки зрения агрегации тромбоцитов был определен менее четко, поскольку известно, что некоторые sv-LAAO создают агрегаты, а некоторые являются антиагрегационными факторами. [16]

В недавних исследованиях было показано, что LAAO были выделены из кожных и/или жаберных слизистых выделений морского окуня, большого бычка и камбалы. [17] Было установлено, что присутствие этих ферментов является уникальным типом антибактериального белка во внешней защите, используемой некоторыми видами рыб.

Образование перекиси водорода

Примечательно, что из-за его потенциала в соответствующих антимикробных , противоопухолевых клетках и/или потреблении аминокислот, интерес к исследованию sv-LAAO начал расти. [7] Многие авторы исследовали механизм антибактериального действия sv-LAAO. Хорошо известно, что sv-LAAO убивает и разрушает бактерии с помощью H 2 O 2 , которая образуется в результате реакции окисления, происходящей в окружающей среде. [7]

В одном исследовании случая сообщалось, что sv-LAAO (выделенный из яда C. durissus cascavella ) вызвал разрыв мембран бактерий , способствуя экстравазации или утечке плазматического содержимого из клеточной структуры. Они утверждали, что количество образующейся перекиси водорода было достаточным для ингибирования роста бактерий, и что способность фермента связываться с бактериальными мембранами не важна для его антибактериальной активности. [18]

Релевантность заболевания

Сердечно-сосудистые заболевания

Сердечно-сосудистые заболевания могут проявляться во многих различных формах, от кардиомиопатии до заболевания периферических артерий , и сердечные заболевания остаются ключевой угрозой для здоровья человека. Хотя существуют средства терапии как для профилактики, так и для лечения сердечно-сосудистых заболеваний , многие препараты недоступны для клинического использования из-за серьезных побочных эффектов в дополнение к высоким уровням токсичности. [9] Однако в последнее десятилетие sv-LAAO показали многообещающие результаты в воздействии на агрегацию тромбоцитов . Было высказано предположение, что перекись водорода играет важную роль в способности ферментов как вызывать, так и предотвращать эту агрегацию тромбоцитов . [9] С учетом этих знаний становится ясно, что sv-LAAO можно оценить как потенциальное терапевтическое средство для сердечно-сосудистых заболеваний из-за их биологической активности.

Патология, вызванная ядом

Вследствие многочисленных видов деятельности, в которых участвует фермент, можно сделать вывод, что, вероятно, существует некоторая ферментативная функция, касающаяся сложной сети действий ядовитых токсинов. [4] Однако роль sv-LAAO в патологии, вызванной ядом, не была достаточно изучена.

Эволюция

В силу своих антибактериальных свойств было высказано предположение, что sv-LAAO частично отвечают за поддержание и стабилизацию как яда, так и ядовитой железы у змей. [4]

Ссылки

  1. ^ Целлер А, Мариц А (1944). «Uber eine neue L-аминозавра-оксидаза». Хелв. Хим. Акта . 27 : 1888–1903. дои : 10.1002/hlca.194402701241.
  2. ^ Цискотто П., Мачадо де Авила Р.А., Коэльо Э.А., Оливейра Дж., Динис К.Г., Фариас Л.М., де Карвальо М.А., Мария В.С., Санчес Э.Ф., Борхес А., Чавес-Олортеги С (март 2009 г.). «Антигенные, микробицидные и противопаразитарные свойства оксидазы L-аминокислот, выделенной из яда змеи Bothrops jararaca». Токсикон . 53 (3): 330–41. doi :10.1016/j.токсикон.2008.12.004. ПМИД  19101583.
  3. ^ ab Li Lee M, Chung I, Yee Fung S, Kanthimathi MS, Hong Tan N (апрель 2014 г.). «Антипролиферативная активность оксидазы L-аминокислот яда королевской кобры (Ophiophagus hannah)». Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology . 114 (4): 336–43. doi : 10.1111/bcpt.12155 . PMID  24118879. S2CID  25067549.
  4. ^ abc Fox JW (февраль 2013 г.). «Краткий обзор научной истории нескольких менее известных белков змеиного яда: оксидазы l-аминокислот, гиалуронидазы и фосфодиэстеразы». Toxicon . 62 : 75–82. doi :10.1016/j.toxicon.2012.09.009. PMID  23010165.
  5. ^ Mitra J, Bhattacharyya D (2013). «Необратимая инактивация оксидазы l-аминокислот змеиного яда путем ковалентной модификации во время катализа l-пропаргилглицина». FEBS Open Bio . 3 : 135–43. doi : 10.1016/j.fob.2013.01.010. PMC 3668516. PMID  23772385 . 
  6. ^ abc Du XY, Clemetson KJ (июнь 2002 г.). «Оксидазы L-аминокислот змеиного яда». Toxicon . 40 (6): 659–65. doi :10.1016/s0041-0101(02)00102-2. PMID  12175601.
  7. ^ abc Lee ML, Tan NH, Fung SY, Sekaran SD (март 2011 г.). «Антибактериальное действие термостабильной формы оксидазы L-аминокислот, выделенной из яда королевской кобры (Ophiophagus hannah)». Сравнительная биохимия и физиология. Токсикология и фармакология . 153 (2): 237–42. doi :10.1016/j.cbpc.2010.11.001. PMID  21059402.
  8. ^ abcdef Pawelek PD, Cheah J, Coulombe R, Macheroux P, Ghisla S, Vrielink A (август 2000 г.). «Структура оксидазы L-аминокислот выявляет траекторию субстрата в энантиомерно консервативный активный сайт». The EMBO Journal . 19 (16): 4204–15. doi :10.1093/emboj/19.16.4204. PMC 302035 . PMID  10944103. 
  9. ^ abcd Guo C, Liu S, Yao Y, Zhang Q, Sun MZ (сентябрь 2012 г.). «Исследование оксидазы L-аминокислот змеиного яда за последнее десятилетие». Toxicon . 60 (3): 302–11. doi :10.1016/j.toxicon.2012.05.001. PMID  22579637.
  10. ^ Baby J, Sheeja RS, Jeevitha MV, Ajisha SU (2011). «Фармакологические эффекты оксидазы L-аминокислот змеиного яда». Международный журнал исследований в области аюрведы и фармации . 2 (1): 114–120.
  11. ^ Curti B, Massey V, Zmudka M (май 1968). «Инактивация оксидазы L-аминокислот змеиного яда замораживанием». Журнал биологической химии . 243 (9): 2306–14. doi : 10.1016/S0021-9258(18)93476-9 . PMID  4967582.
  12. ^ Ponnudurai G, Chung MC, Tan NH (сентябрь 1994 г.). «Очистка и свойства оксидазы L-аминокислот из яда малайской ямкоголовой гадюки (Calloselasma rhodostoma)». Архивы биохимии и биофизики . 313 (2): 373–8. doi :10.1006/abbi.1994.1401. PMID  8080286.
  13. ^ Wei XL, Wei JF, Li T, Qiao LY, Liu YL, Huang T, He SH (декабрь 2007 г.). «Очистка, характеристика и мощная активность оксидазы L-аминокислот из яда змеи Agkistrodon blomhoffii ussurensis при поражении легких». Toxicon . 50 (8): 1126–39. doi :10.1016/j.toxicon.2007.07.022. PMID  17854853.
  14. ^ Zuliani JP, Kayano AM, Zaqueo KD, Neto AC, Sampaio SV, Soares AM, Stabeli RG (2009). «Оксидазы L-аминокислот змеиного яда: некоторые соображения об их функциональной характеристике». Protein and Peptide Letters . 16 (8): 908–12. doi :10.2174/092986609788923347. PMID  19689417.
  15. ^ Самель М, Тынисмяги К, Рённхольм Г, Вия Х, Сийгур Дж, Калккинен Н, Сийгур Э (апрель 2008 г.). «Оксидаза L-аминокислот из яда Naja Naja oxiana». Сравнительная биохимия и физиология. Часть B. Биохимия и молекулярная биология . 149 (4): 572–80. дои : 10.1016/j.cbpb.2007.11.008. ПМИД  18294891.
  16. ^ Li ZY, Yu TF, Lian EC (ноябрь 1994 г.). «Очистка и характеристика оксидазы L-аминокислот из яда королевской кобры (Ophiophagus hannah) и ее влияние на агрегацию тромбоцитов человека». Toxicon . 32 (11): 1349–58. doi :10.1016/0041-0101(94)90407-3. PMID  7886693.
  17. ^ Kitani Y, Ishida M, Ishizaki S, Nagashima Y (декабрь 2010 г.). «Открытие оксидазы L-аминокислот в сыворотке у морского окуня Sebastes schlegeli: изоляция и биохимическая характеристика». Сравнительная биохимия и физиология. Часть B, Биохимия и молекулярная биология . 157 (4): 351–6. doi :10.1016/j.cbpb.2010.08.006. PMID  20728563.
  18. ^ Тояма М.Х., Тояма Д., Пассеро Л.Ф., Лауренти М.Д., Корбетт CE, Томокане Т.Ю., Фонсека Ф.В., Антунес Э., Жоазейро П.П., Бериам Л.О., Мартинс М.А., Монтейро Х.С., Фонтелес MC (январь 2006 г.). «Выделение новой оксидазы L-аминокислот из яда Crotalus durissus cascavella». Токсикон . 47 (1): 47–57. doi :10.1016/j.токсикон.2005.09.008. ПМИД  16307769.

Дальнейшее чтение

Смотрите также