Interested Article - Аминотрансфераза аминокислот с разветвлённой цепью

aoibhe
  • 2021-07-17
  • 1

Аминотрансфераза аминокислот с разветвлённой цепью также трансаминаза разветвлённых аминокислот ( англ. Branched-chain amino acid aminotransferase , сокр. BCAT ) — фермент (КФ ), из семейства аминотрансферазы (класс трансферазы ), катализирующий обратимую реакцию трансаминирования аминокислот с разветвлённой цепью (BCAA) до соответствующих разветвлённых α-кетокислот. Схема реакций:

L- лейцин + 2- оксоглутарат 4-метил-2-оксопентаноат + L- глутамат
L- изолейцин + 2-оксоглутарат 3-метил-2-оксопентаноат + L-глутамат
L- валин + 2-оксоглутарат 3-метил-2-оксобутаноат + L-глутамат

В качестве кофермента используется пиридоксаль-5'-фосфат (PLP). У человека обнаружены две изоформы данного фермента — цитозольная (BCATc) и митохондриальная (BCATm).

Цитозольный изофермент (BCATc) у человека кодируется геном , который локализован на коротком плече (p-плече) 12-й хромосомы . Митохондриальная изоформа (BCATm) кодируется геном — , расположенный на длинном плече (q-плече) 19-й хромосомы .

Биологическая функция аминотрансферазы аминокислот с разветвлённой цепью заключается в катализе синтеза или деградации аминокислот с разветвлённой цепью — лейцина , изолейцина и валина . У человека аминокислоты с разветвлённой цепью незаменимы и разрушаются под действием BCAT.

Структура и выполняемые функции

У человека BCAT представляют собой гомодимеры, состоящие из двух доменов: малой субъединицы (остатки 1–170) и большой субъединицы (остатки 182–365). Эти субъединицы соединены короткой петлеобразной соединительной областью (остатки 171–181) . Обе субъединицы состоят из четырёх альфа-спиралей и бета-складчатого листа . Структурные исследования человеческих аминотрансфераз с разветвлённой цепью (hBCAT) показали, что пептидные связи в обеих изоформах являются транс-связями, за исключением связи между остатками Gly338-Pro339 . Активный центр фермента находится на границе раздела двух доменов . Как и другие трансаминазные ферменты (а также многие ферменты других классов), BCAT используют для своей активности кофактор пиридоксаль-5'-фосфат (PLP). Было обнаружено, что PLP изменяет конформацию ферментов аминотрансфераз, фиксируя конформацию фермента через связь основания Шиффа (имина) в реакции между остатком лизина фермента и карбонильной группой кофактора . Это конформационное изменение позволяет субстратам связываться с карманом активного сайта ферментов.

Активный центр

Помимо связи с основанием Шиффа, PLP прикрепляется к активному сайту фермента посредством водородной связи с остатками Tyr-207 и Glu-237. Кроме того, атомы кислорода фосфорного остатка (-OPO 3 4- ) в молекуле PLP взаимодействуют с остатками Arg-99, Val-269, Val-270 и Thr-310 . BCAT млекопитающих имеют уникальный структурный CXXC-мотив (Cys-315 и Cys-318), чувствительный к окислителям и модулируемый посредством S-нитрозирования , посттрансляционной модификации, регулирующей передачу клеточного сигнала (клеточный сигналинг) . Модификация этих двух остатков цистеина путём окисления ( in vivo / vitro ) или титрования ( in vitro ), как было установлено, ингибирует активность фермента , указывая на то, что мотив CXXC имеет решающее значение для оптимального фолдинга (сворачивания) и функционирования белка . Чувствительность обоих изоферментов к окислению делает их потенциальными биомаркерами окислительно-восстановительной среды внутри клетки . Хотя мотив CXXC присутствует только в BCAT млекопитающих, было установлено, что окружающие его аминокислотные остатки высоко консервативны как в прокариотических , так и в эукариотических клетках . Conway, Yeenawar et al. обнаружили, что активный сайт млекопитающих содержит три поверхности: поверхность А (Phe-75, Tyr-207 и Thr-240), поверхность В (Phe-30, Tyr-141 и Ala-314) и поверхность С (Tyr-70, Leu-153 и Val-155, расположенные на противоположном домене), которые связываются с субстратом в результате Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий с разветвлёнными боковыми цепями аминокислотных субстратов .

Изоферменты

Млекопитающие

BCAT у млекопитающих катализируют первый этап метаболизма аминокислот с разветвлённой цепью — обратимое трансаминирование с последующим окислительным декарбоксилированием продуктов трансаминирования: α-кетоизокапроата, α-кето-β-метилвалерата и α-кетоизовалерата до изовалерил-КоА, 3-метилбутирил-КоА и изобутирил-КоА, соответственно . Данная реакция регулирует метаболизм аминокислот и является важным этапом в транспортировке азота по всему организму . Аминокислоты с разветвлённой цепью (BCAA) повсеместно распространены во многих организмах, и составляют 35 % всех белков и 40 % аминокислот, необходимых всем млекопитающим . BCAT млекопитающих представлены двумя изоформами: цитозольной (BCATc) и митохондриальной (BCATm). Изоформы имеют 58 % гомологии , но различаются по месту локализации и каталитической эффективности.

Цитозольная изоформа

Цитозольная изоформа аминотрансферазы аминокислот с разветвлённой цепью — менее распространённая из двух изоформ, встречающаяся в цитоплазме клеток млекопитающих почти исключительно в нервной системе . Хотя BCATc экспрессируются только в нескольких тканях взрослого организма, они экспрессируются на высоком уровне во время эмбриогенеза . Цитозольная изоформа имеет более высокую скорость оборота, примерно в 2-5 раз быстрее, чем митохондриальная изоформа . Было установлено, что BCATc более стабильна, чем BCATm, что свидетельствует о наличии 2 сульфидных связей . Цитозольный изофермент не теряет активности при титровании одной тиоловой группы . Человеческая BCATc демонстрирует более низкий редокс-потенциал (примерно на 30 мВ), чем BCATm.

Митохондриальная изоформа

Митоходриальная изоформа аминотрансферазы аминокислот с разветвлённой цепью, гомодимер, человек.

Митохондриальная изоформа аминотрансферазы аминокислот с разветвлённой цепью — более распространённая из двух изоформ, присутствующая во всех тканях, внутри митохондрий клеток . Было установлено, что ацинарная ткань поджелудочной железы содержит самый высокий уровень BCATm в организме . Кроме того, были обнаружены два гомолога нормальной BCATm. Один гомолог обнаружен в плацентарной ткани, а другой корепрессирует ядерные рецепторы гормонов щитовидной железы . BCATm более чувствителен к окислительно-восстановительной среде клетки и может ингибироваться ионами никеля (Ni 2+ ), даже если среда является восстановительной. Было установлено, что BCATm не образует дисульфидных связей , а титрование двух -SH-групп с помощью 5,5'-дитиобис(2-нитробензойной кислоты) полностью снижает активность данного фермента .

Растительные изоформы

Растительные BCAT также были идентифицированы, но различаются между видами по количеству и последовательности. В исследованиях Arabidopsis thaliana (кресс-салат) были идентифицированы шесть изоформ BCAT, которые имеют 47,5-84,1 % гомологии друг с другом. Эти изоформы также имеют около 30 % гомологии с изоформами человека и дрожжей ( Saccharomyces cerevisiae ) . BCAT1 расположена в митохондриях, BCAT2, 3 и 5 — в хлоропластах, а BCAT4 и 6 — в цитоплазме A. thaliana . Однако исследования BCATs у Solanum tuberosum (картофеля) выявили две изоформы длиной 683 (BCAT1) и 746 (BCAT2) п.н., расположенные преимущественно в хлоропластах .

Бактериальные изоформы

В бактериях существует только одна изоформа фермента BCAT. Однако структура фермента у разных организмов отличается. У кишечной палочки фермент представляет собой гексамер, содержащий шесть идентичных субъединиц. Каждая субъединица имеет молекулярную массу 34 кДа и состоит из 308 аминокислот . В отличие от них, BCAT Lactococcus lactis представляет собой гомодимер, подобный изоформам млекопитающих. Каждая субъединица L. lactis BCAT состоит из 340 аминокислот с молекулярной массой 38 кДа .

Биологическая роль

Человек

Поскольку аминокислоты с разветвлённой цепью играют важнейшую роль в формировании и функционировании многих белков , BCAT выполняют множество физиологических функций у млекопитающих. Было установлено, что BCAT взаимодействуют с протеиндисульфид изомеразами — классом ферментов, регулирующих клеточную регенерацию и правильное сворачивание белков ( фолдинг ). Второй этап метаболизма BCAA (окислительное декарбоксилирование под действием дегидрогеназного комплекса α-кетокислот с разветвлённой цепью ) стимулирует секрецию инсулина . Потеря BCATm коррелирует с потерей BCKD-стимулированной секреции инсулина, но не была связана с потерей секреции инсулина другими метаболическими путями. BCATc регулирует сигнальные пути mTORC1 и TCR-индуцированный гликолитический путь метаболизма во время активации CD4 + T-клеток . В мозге BCATc регулирует количество вырабатываемого глутамата для использования его в качестве нейротрансмиттера или для будущего синтеза γ-аминомасляной кислоты (ГАМК) .

Растения

Аминотрансферазы аминокислот с разветвлённой цепью также выполняют физиологические функции у растений, но они не изучены так широко, как BCAT млекопитающих. Было обнаружено, что в Cucumis melo (дыня) BCAT играют роль в синтезе летучих ароматических соединений, которые придают дыне особый аромат и вкус . В Solanum lycopersicum (помидоры) BCAT играют роль в синтезе аминокислот с разветвлённой цепью, которые действуют как доноры электронов в цепи переноса электронов . В целом растительные BCAT обладают катаболическими и анаболическими регуляторными функциями .

Бактерии

В физиологии бактерий BCAT осуществляют катализ обеих реакций, образуя как α-кетокислоты, так и аминокислоты с разветвлённой цепью . Бактерии , растущие на среде с недостаточным для роста соотношением аминокислот, чтобы эффективно размножаться, должны иметь способность к синтезу аминокислот с разветвлённой цепью . У Streptococcus mutans , грамположительной бактерии, живущей в ротовой полости человека и вызывающей кариес, биосинтез/деградация аминокислот, как было установлено, регулирует гликолиз и поддерживает внутриклеточный рН. Это позволяет бактерии выживать в кислых условиях полости рта человека за счёт расщепления углеводов .

Примечания

  1. .
  2. .
  3. Hutson S (2001). "Structure and function of branched chain aminotransferases". Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology . 70 : 175—206. doi : . ISBN 9780125400701 . PMID .
  4. ↑ Conway ME, Yennawar N, Wallin R, Poole LB, Hutson SM (July 2002). "Identification of a peroxide-sensitive redox switch at the CXXC motif in the human mitochondrial branched chain aminotransferase". Biochemistry . 41 (29): 9070—8. doi : . PMID .
  5. ↑ Yennawar N, Dunbar J, Conway M, Hutson S, Farber G (April 2001). "The structure of human mitochondrial branched-chain aminotransferase". Acta Crystallographica Section D . 57 (Pt 4): 506—15. doi : . PMID .
  6. Toney MD (November 2011). "Pyridoxal phosphate enzymology". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics . Pyridoxal Phosphate Enzymology. 1814 (11): 1405—6. doi : . PMID .
  7. Yennawar NH, Islam MM, Conway M, Wallin R, Hutson SM (December 2006). . The Journal of Biological Chemistry . 281 (51): 39660—71. doi : . PMID .
  8. ↑ Hull J, Hindy ME, Kehoe PG, Chalmers K, Love S, Conway ME (December 2012). "Distribution of the branched chain aminotransferase proteins in the human brain and their role in glutamate regulation". Journal of Neurochemistry . 123 (6): 997—1009. doi : . PMID . S2CID .
  9. Thomas DD, Jourd'heuil D (October 2012). . Antioxidants & Redox Signaling . 17 (7): 934—6. doi : . PMC . PMID .
  10. El Hindy M, Hezwani M, Corry D, Hull J, El Amraoui F, Harris M, Lee C, Forshaw T, Wilson A, Mansbridge A, Hassler M, Patel VB, Kehoe PG, Love S, Conway ME (June 2014). . Antioxidants & Redox Signaling . 20 (16): 2497—513. doi : . PMC . PMID .
  11. ↑ Coles SJ, Hancock JT, Conway ME (February 2012). . Acta Biochimica et Biophysica Sinica . 44 (2): 172—6. doi : . PMID .
  12. ↑ Conway ME, Yennawar N, Wallin R, Poole LB, Hutson SM (April 2003). "Human mitochondrial branched chain aminotransferase: structural basis for substrate specificity and role of redox active cysteines". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics . 3rd International Symposium on Vitamin B6, PQQ, Carbonyl Catalysis and Quinoproteins. 1647 (1—2): 61—5. doi : . PMID .
  13. ↑ Harper AE, Miller RH, Block KP (1984-01-01). "Branched-chain amino acid metabolism". Annual Review of Nutrition . 4 (1): 409—54. doi : . PMID .
  14. Bixel M, Shimomura Y, Hutson S, Hamprecht B (March 2001). . The Journal of Histochemistry and Cytochemistry . 49 (3): 407—18. doi : . PMID .
  15. ↑ D'Mello, J. P. Felix. . — CABI, 2012. — ISBN 978-1-84593-901-4 .
  16. ↑ Lin HM, Kaneshige M, Zhao L, Zhang X, Hanover JA, Cheng SY (December 2001). . The Journal of Biological Chemistry . 276 (51): 48196—205. doi : . PMID .
  17. ↑ Davoodi J, Drown PM, Bledsoe RK, Wallin R, Reinhart GD, Hutson SM (February 1998). . The Journal of Biological Chemistry . 273 (9): 4982—9. doi : . PMID .
  18. Zhou Y, Jetton TL, Goshorn S, Lynch CJ, She P (October 2010). . The Journal of Biological Chemistry . 285 (44): 33718—26. doi : . PMC . PMID .
  19. Than NG, Sümegi B, Than GN, Bellyei S, Bohn H (2001). "Molecular cloning and characterization of placental tissue protein 18 (PP18a)/human mitochondrial branched-chain aminotransferase (BCATm) and its novel alternatively spliced PP18b variant". Placenta . 22 (2—3): 235—43. doi : . PMID .
  20. Diebold R, Schuster J, Däschner K, Binder S (June 2002). . Plant Physiology . 129 (2): 540—50. doi : . PMC . PMID .
  21. Binder S, Knill T, Schuster J (November 2006). "Branched-chain amino acid metabolism in higher plants". Physiologia Plantarum . 129 (1): 68—78. doi : .
  22. Campbell MA, Patel JK, Meyers JL, Myrick LC, Gustin JL (October 2001). "Genes encoding for branched-chain amino acid aminotransferase are differentially expressed in plants". Plant Physiology and Biochemistry . 39 (10): 855—860. doi : .
  23. Okada K, Hirotsu K, Sato M, Hayashi H, Kagamiyama H (April 1997). "Three-dimensional structure of Escherichia coli branched-chain amino acid aminotransferase at 2.5 A resolution". Journal of Biochemistry . 121 (4): 637—41. doi : . PMID .
  24. Yvon M, Chambellon E, Bolotin A, Roudot-Algaron F (February 2000). . Applied and Environmental Microbiology . 66 (2): 571—7. Bibcode : . doi : . PMC . PMID .
  25. Ananieva EA, Patel CH, Drake CH, Powell JD, Hutson SM (July 2014). . The Journal of Biological Chemistry . 289 (27): 18793—804. doi : . PMC . PMID .
  26. Sweatt AJ, Garcia-Espinosa MA, Wallin R, Hutson SM (September 2004). "Branched-chain amino acids and neurotransmitter metabolism: expression of cytosolic branched-chain aminotransferase (BCATc) in the cerebellum and hippocampus". The Journal of Comparative Neurology . 477 (4): 360—70. doi : . PMID . S2CID .
  27. Gonda I, Bar E, Portnoy V, Lev S, Burger J, Schaffer AA, Tadmor Y, Gepstein S, Giovannoni JJ, Katzir N, Lewinsohn E (February 2010). . Journal of Experimental Botany . 61 (4): 1111—23. doi : . PMC . PMID .
  28. Maloney GS, Kochevenko A, Tieman DM, Tohge T, Krieger U, Zamir D, Taylor MG, Fernie AR, Klee HJ (July 2010). . Plant Physiology . 153 (3): 925—36. doi : . PMC . PMID .
  29. Engels WJ, Alting AC, Arntz MM, Gruppen H, Voragen AG, Smit G, Visser S (August 2000). "Partial purification and characterization of two aminotransferases from Lactococcus lactis subsp. cremoris B78 involved in the catabolism of methionine and branched-chain amino acids". International Dairy Journal . 10 (7): 443—452. doi : .
  30. Santiago B, MacGilvray M, Faustoferri RC, Quivey RG (April 2012). . Journal of Bacteriology . 194 (8): 2010—9. doi : . PMC . PMID .
Источник —

aoibhe
  • 2021-07-17
  • 1
  • Tags:

Same as Аминотрансфераза аминокислот с разветвлённой цепью

The title for the last searches