Interested Article - Флюориназа

Флюориназа ( КФ 2.5.1.63, аденозил-фтор-синтетаза) — фермент , катализирующий реакцию между фторид аниониом и S -аденозил-L-метионином , в результате которой образуются L-метионин и 5'-фтор-5'-дезоксиаденозин. 5'-фтор-5'-дезоксиаденозин является первым фторорганическим соединением и лежит в основе биосинтеза фторсодержащих органических соединений в живых организмах. Флюориназа впервые была выделена из почвенных бактерий Streptomyces cattleya. Позднее гомологи данного белка были выявлены в ряде других видов, в частности в Streptomyces sp. MA37, Nocardia brasiliensis и Actinoplanes sp . N902-109. На сегодняшний день флюориназа является единственный ферментом, способным катализировать образование связей между фтором и углеродом (самые прочные химические связи в органической химии ).

Флюориназа катализирует реакцию между фторид -анионом и S -аденозил-L-метионином (САМ или SAM) в ходе которой образуются ля получения 5'-фтор-5'-дезоксиаденозин (ФДА или FDA) и L-метионин (L-Met).

В 2007 году из актиномицета Salinospora tropica был выделен гомологичный флюориназе фермент — хлориназа, обеспечивающий введение хлора в органичеческие соединения за счет образования связи углерод-хлор. Хлориназа принимает участие в биосинтезе салиноспорамида А.

Активность

Флюориназа катализирует реакцию бимолекулярного нуклеофильного замещения ( S _N 2 ) по С-5' положению S-аденозил-метионина, в то время как L-метионин выступает в качестве нейтральной уходящей группы. Скорость реакции в присутствии флюориназы увеличивается 10 ⁶ −10 ¹⁵ раз, по сравнению с реакцией протекающей без катализатора. Тем не менее, флюориназа считается медленным фермент, с числом оборотов ( kкат ) в 0,06 мин ⁻¹ . Большое значение кинетического барьера данной реакции объясняется сильной гидратацией фторид анионов , в связи с этим образование связи углерод-фтор имеет высокие значения энергии активации . При этом, значительная доля энергии необходима на «зачистку» фторид анионов от связанных с ним молекул воды; в результате этого из фторида в активном центре фермента образуется сильный нуклеофил, атакующий субстрат.

Реакция катализируемая флюориназой обратима, и после инкубации 5'-фтор-5'-дезоксиаденозина и L-метионина с флюориназой образуется S-аденозил-L-метионин и фторид анион. Замещение L-метионина на L-селенометионин приводит к 6-ти кратному увеличению скорости обратной реакции, что обусловлено увеличением нуклеофильности в результате замены серы на селен.

Флюориназа обладает относительно невысокой селективностью в отношении галогенид анионов, так фермент способен катализировать присоединение хлорид аниона. Хотя равновесие реакции между S-аденозил-L-метионином и фторид анионом сдвинуто в сторону продуктов, в аналогичной реакции с хлорид анионом равновесие сдвинуто в сторону исходных веществ. Инкубация S-аденозил-L-метионина и хлорид анионов в среде содержащей флюориназу не приводит к образованию 5'-хлоро-5'-дезоксиаденозина, до тех пор пока не будет добавлена оксидаза L-аминокислот. Значение оксидазы L-аминокислот состоит в окислении L-метионина до соответствующей оксокислоты. Уменьшение концентрации продукта первой реакции (L-метионина) приводит к сдвигу равновесия по принципу Ле Шателье и образованию 5'-хлоро-5'-дезоксиаденозина.

Флюориназа может катализировать реакцию между хлорид анионом и S -аденозил-L-метионином (SAM) в которой образуется 5'-хлоро-5'-дезоксиаденозин (ClDA) и L-метионин (L-Met). Реакция осуществима только при наличии оксидазы L-аминокислот, которая удаляет образующийся L-метионин, что сдвигает равновесие первой реакции в сторону образования продуктов.

Невысокая специфичность в отношении галогенид анионов и различное положение равновесия в реакциях введения фтора и хлора обеспечивает возможность реакции трансгалогенирования (замены хлора на фтор). Инкубирование 5'-хлоронуклеозидов с ферментом и каталитическими количествами L-селенометионина или L-метионина приводит к образованию 5'-фторонуклеозидов. При введении в реакционную среду анионов изотопа ¹⁸ F , реакция трансгалогенирования может быть использована для получения радиопрепаратов , которые активно применяются в позитронно-эмиссионной томографии .

Инкубация 5'-хлоро-5'-дезоксиаденозина (ClDA) флюориназы в присутствии фторид анионов и L-метионина приводит к образованию 5'-хлоро-5'-дезоксиаденозина (FDA). В реакции трансгалогенирования интермедиатом является S-аденозил-L-метионин (SAM).

Структурные исследования

С 2007 года, 9 структур были определены для этого класса ферментов. В базе данных белковых структур (PDB) данным белкам соответствуют следующие коды: PDB , PDB , PDB , PDB , PDB , PDB , PDB , PDB , и PDB .

Название фермента обусловлено функцией. Структурно флюориназа гомологична duf-62 типу ферментов. Фермент представляет собой димер из тримеров (2 молекулы каждая из трех субъединиц). Активные центры находятся между этими субъединицами (интейрфейс субъединиц); в каждом сайте может связываться одна молекула.

Биосинтез фторметаболитов

См. также

Фторорганические соединения

Примечания

O'Hagan, David; Schaffrath, Christoph; Cobb, Steven L.; Hamilton, John T. G.; Murphy, Cormac D. (англ.) // Nature : journal. — 2002. — March ( vol. 416 , no. 6878 ). — P. 279—279 . — doi : . — . 2 декабря 2008 года.
Deng, Hai. (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2014. — 10 February ( vol. 15 , no. 3 ). — P. 364—368 . — ISSN . — doi : . 27 октября 2017 года.
O'Hagan, David. (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2008. — February ( vol. 37 , no. 2 ). — P. 308—319 . — doi : . — . 10 мая 2020 года.
Eustáquio, Alessandra S. (англ.) // Nature Chemical Biology : journal. — Vol. 4 , no. 1 . — P. 69—74 . — doi : . — .
Cadicamo, Cosimo D. (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2004. — 3 May ( vol. 5 , no. 5 ). — P. 685—690 . — ISSN . — doi : . 28 октября 2017 года.
Senn, Hans Martin; O'Hagan, David; Thiel, Walter. (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2005. — 1 October ( vol. 127 , no. 39 ). — P. 13643—13655 . — ISSN . — doi : . — .
Lohman, Danielle C. (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2013. — 2 October ( vol. 135 , no. 39 ). — P. 14473—14475 . — ISSN . — doi : . — .
Zhu, Xiaofeng. (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2007. — 1 November ( vol. 129 , no. 47 ). — P. 14597—14604 . — ISSN . — doi : . — .
Deng, Hai; Cobb, Steven L.; McEwan, Andrew R.; McGlinchey, Ryan P.; Naismith, James H.; O'Hagan, David; Robinson, David A.; Spencer, Jonathan B. (англ.) // Angewandte Chemie International Edition : journal. — 2006. — 23 January ( vol. 45 , no. 5 ). — P. 759—762 . — ISSN . — doi : . — . — PMC . 9 января 2018 года.
Deng, Hai. (англ.) // (англ.) ( : journal. — No. 6 . — P. 652 . — doi : .
Thompson, S.; Onega, M.; Ashworth, S.; Fleming, I. N.; Passchier, J.; O'Hagan, D. (англ.) // (англ.) ( : journal. — Vol. 51 , no. 70 . — P. 13542—13545 . — doi : .
Dong, C; Dong, C. Crystal Structure and Mechanism of a Bacterial Flourinating Enzyme (англ.) // Nature Chemistry : journal. — 2004. — Vol. 427 . — P. 561—565 . — doi : . — .

Литература

Biochemistry: biosynthesis of an organofluorine molecule (англ.) // Nature : journal. — 2002. — Vol. 416 , no. 6878 . — P. 279 . — doi : . — .
Naismith JH; Naismith J.H. Crystal structure and mechanism of a bacterial fluorinating enzyme (англ.) // Nature : journal. — 2004. — Vol. 427 , no. 6974 . — P. 561—;5 . — doi : . — .