stringtranslate.com

Карбамоилфосфатсинтетаза

карбамоилфосфат

Карбамоилфосфатсинтетаза катализирует АТФ-зависимый синтез карбамоилфосфата из глутамина ( EC 6.3.5.5) или аммиака ( EC 6.3.4.16) и бикарбоната. [1] Этот фермент , захватывающий АТФ, катализирует реакцию АТФ и бикарбоната с образованием карбоксифосфата и АДФ . Карбоксифосфат реагирует с аммиаком с образованием карбаминовой кислоты . В свою очередь, карбаминовая кислота реагирует со вторым АТФ с образованием карбамоилфосфата и АДФ .

Он представляет собой первый обязательный этап в биосинтезе пиримидина и аргинина у прокариот и эукариот, а также в цикле мочевины у большинства наземных позвоночных . [2] Большинство прокариот несут одну форму CPSase, которая участвует как в биосинтезе аргинина, так и пиримидина, однако некоторые бактерии могут иметь отдельные формы.

Существуют три различные формы, которые выполняют совершенно разные функции:

Механизм

Механизм действия карбамоилфосфатсинтетазы состоит из трех основных этапов и, по сути, является необратимым. [4]

  1. Ион бикарбоната фосфорилируется АТФ с образованием карбоксилфосфата.
  2. Затем карбоксилфосфат реагирует с аммиаком, образуя карбаминовую кислоту, высвобождая неорганический фосфат.
  3. Затем вторая молекула АТФ фосфорилирует карбаминовую кислоту, образуя карбамоилфосфат.

Известно, что активность фермента ингибируется как буферами Трис , так и буферами HEPES . [5]

Структура

Карбамоилфосфатсинтаза ( CPSase ) — гетеродимерный фермент, состоящий из малой и большой субъединиц (за исключением CPSase III, которая состоит из одного полипептида , который мог возникнуть в результате слияния генов доменов глутаминазы и синтетазы ). [2] [3] [6] CPSase имеет три активных центра , один в малой субъединице и два в большой субъединице. Малая субъединица содержит сайт связывания глутамина и катализирует гидролиз глутамина до глутамата и аммиака , который, в свою очередь, используется большой цепью для синтеза карбамоилфосфата. Малая субъединица имеет трехслойную бета/бета/альфа структуру и, как полагают, является подвижной в большинстве белков, которые ее несут. С-концевой домен малой субъединицы CPSase обладает активностью глутаминамидотрансферазы. Большая субъединица имеет два гомологичных карбоксифосфатных домена, оба из которых имеют сайты связывания АТФ ; Однако N-концевой карбоксифосфатный домен катализирует фосфорилирование биокарбоната , тогда как C-концевой домен катализирует фосфорилирование промежуточного карбамата . [7] Карбоксифосфатный домен, обнаруженный дублированным в большой субъединице CPSase, также присутствует в виде единственной копии в биотин -зависимых ферментах ацетил-КоА-карбоксилазе (ACC), пропионил-КоА-карбоксилазе (PCCase), пируваткарбоксилазе (PC) и мочевинокарбоксилазе .

Большая субъединица в бактериальной CPSase имеет четыре структурных домена: карбоксифосфатный домен 1, домен олигомеризации, карбамоилфосфатный домен 2 и аллостерический домен. [8] Гетеродимеры CPSase из Escherichia coli содержат два молекулярных туннеля: аммиачный туннель и карбаматный туннель. Эти междоменные туннели соединяют три отдельных активных центра и функционируют как каналы для транспортировки нестабильных промежуточных продуктов реакции (аммиака и карбамата) между последовательными активными центрами . [9] Каталитический механизм CPSase включает диффузию карбамата через внутреннюю часть фермента от места синтеза в N-концевом домене большой субъединицы к месту фосфорилирования в C-концевом домене.

Ссылки

  1. ^ Simmer JP, Kelly RE, Rinker AG, Scully JL, Evans DR (июнь 1990 г.). «Млекопитающая карбамилфосфатсинтетаза (CPS). Последовательность ДНК и эволюция домена CPS многофункционального белка CAD сирийского хомячка». Журнал биологической химии . 265 (18): 10395–402. doi : 10.1016/S0021-9258(18)86959-9 . PMID  1972379.
  2. ^ ab Holden HM, Thoden JB, Raushel FM (октябрь 1999 г.). «Карбамоилфосфатсинтетаза: удивительная биохимическая одиссея от субстрата к продукту». Cellular and Molecular Life Sciences . 56 (5–6): 507–22. doi :10.1007/s000180050448. PMC 11147029 . PMID  11212301. S2CID  23446378. 
  3. ^ ab Saha N, Datta S, Kharbuli ZY, Biswas K, Bhattacharjee A (июль 2007 г.). «Сом, дышащий воздухом, Clarias batrachus повышает уровень глутаминсинтетазы и карбамилфосфатсинтетазы III во время воздействия высокого внешнего аммиака». Сравнительная биохимия и физиология. Часть B, Биохимия и молекулярная биология . 147 (3): 520–30. doi :10.1016/j.cbpb.2007.03.007. PMID  17451989.
  4. ^ Биохимия, 3-е издание, Дж. М. Берг, Дж. Л. Тимочко, Л. Страйер.
  5. ^ Lund P, Wiggins D (апрель 1987 г.). «Ингибирование карбамоилфосфатсинтазы (аммиака) трисом и гепесом. Влияние на Ka для N-ацетилглутамата». The Biochemical Journal . 243 (1): 273–6. doi :10.1042/bj2430273. PMC 1147843 . PMID  3606575. 
  6. ^ Raushel FM, Thoden JB, Holden HM (июнь 1999). «Семейство ферментов амидотрансфераз: молекулярные машины для производства и доставки аммиака». Биохимия . 38 (25): 7891–9. doi :10.1021/bi990871p. PMID  10387030.
  7. ^ Stapleton MA, Javid-Majd F, Harmon MF, Hanks BA, Grahmann JL, Mullins LS, Raushel FM (ноябрь 1996 г.). "Роль консервативных остатков в карбоксифосфатном домене карбамоилфосфатсинтетазы". Biochemistry . 35 (45): 14352–61. doi :10.1021/bi961183y. PMID  8916922.
  8. ^ Thoden JB, Raushel FM, Benning MM, Rayment I, Holden HM (январь 1999). «Структура карбамоилфосфатсинтетазы определена с разрешением 2,1 А». Acta Crystallographica. Раздел D, Биологическая кристаллография . 55 (Pt 1): 8–24. doi :10.1107/S0907444998006234. PMID  10089390.
  9. ^ Ким Дж., Хауэлл С., Хуан Х., Раушель Ф.М. (октябрь 2002 г.). «Структурные дефекты в карбаматном туннеле карбамоилфосфатсинтетазы». Биохимия . 41 (42): 12575–81. doi :10.1021/bi020421o. PMID  12379099.

Внешние ссылки

В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR005479
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR005480
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR005481
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR002474