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 действия карбамоилфосфатсинтетазы состоит из трех основных этапов и, по сути, является необратимым. [4]
Известно, что активность фермента ингибируется как буферами Трис , так и буферами HEPES . [5]
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.