Interested Article - АЛК-дегидратаза
isla
- 2021-09-06
- 2
| Дегидратаза δ-аминолевулиновой кислоты | |
|---|---|
|
|
| Обозначения | |
| Символы | |
| HGNC | |
| OMIM | |
| RefSeq | |
| UniProt | |
| Другие данные | |
| Шифр КФ | |
| Локус | 9-я хр. , |
| ? | |
АЛК-дегидратаза , также дегидратаза δ-аминолевулиновой кислоты (англ. Aminolevulinic acid dehydratase , сокр. ALAD ) или порфобилиногенсинтаза (англ. Porphobilinogen synthase , сокр. PBGS ) — фермент (КФ ) семейства дегидратаз (класса лиазы ), который катализирует асимметричную реакцию межмолекулярной конденсации (2-х молекул) и циклизации аминолевулиновой кислоты в порфобилиноген . У человека данный фермент кодируется одноимённым геном ALAD, который располагается на коротком плече (p-плече) 9-ой хромосомы . Все природные тетрапирролы , включая гемы , хлорофиллы и витамин B12 , зависят от синтеза порфобилиногена, так как он является общим предшественником данных соединений. Порфобилиногенсинтаза является прототипом морфеина . АЛК-дегидратаза локализована практически во всех клетках организма человека, но особенно много её в цитозоле эритропоэтических клеток красного костного мозга и в гепатоцитах печени.
Функции
Данный фермент катализирует следующую реакцию:
- 2 5- аминолевулинат порфобилиноген + 2 H 2 O
Таким образом, АЛК-дегидратаза катализирует конденсацию 2 молекул 5-аминолевулината с образованием порфобилиногена (предшественника гема , цитохромов и других гемопротеинов ). Эта реакция является первой общей стадией биосинтеза всех природных тетрапирролов. Фермент в качестве кофактора использует ионы цинка Zn 2+ , они поддерживают активность.
Структура
Структурной основой аллостерической регуляции порфобилиногенсинтазы (PBGS) является модуляция равновесия четвертичной структуры между октамером и гексамером (через димеры), которая представлена схематически как 6-мер* ↔ 2-мер* ↔ 2-мер ↔ 8-мер*. Четвертичная структура представляет собой переориентацию между двумя доменами каждой субъединицы, которая происходит в диссоциированном состоянии, поскольку она стерически запрещена в более крупных мультимерах .
PBGS кодируется одним геном, и каждый мультимер PBGS состоит из нескольких копий одного и того же белка. Каждая субъединица PBGS состоит из αβ-бочкообразного домена ~300 остатков, в центре которого находится активный сайт фермента, и N-концевого домена плеча >25 остатков. Аллостерическая регуляция PBGS может быть описана с точки зрения ориентации αβ-бочкообразного домена по отношению к N-концевому домену плеча.
Каждое N-концевое плечо имеет до двух взаимодействий с другими субъединицами мультимера PBGS. Одно из этих взаимодействий помогает стабилизировать «закрытую» конформацию «крышки» активного центра. Другое взаимодействие ограничивает доступ растворителя с другого конца αβ-цилиндра.
В неактивном мультимерном состоянии N-концевой домен плеча не участвует в стабилизирующем крышку взаимодействии, а в кристаллической структуре неактивной сборки «крышка» активного сайта разупорядочена.
Аллостерическая регуляция
Будучи почти универсальным ферментом с высококонсервативным активным центром, PBGS не может быть основной мишенью для разработки противомикробных препаратов и/или гербицидов. Напротив, аллостерические сайты могут быть гораздо более филогенетически изменчивыми, чем активные сайты, что открывает больше возможностей для разработки лекарств .
Филогенетическая изменчивость аллостерических сайтов PBGS приводит к обсуждению аллостерической регуляции PBGS с точки зрения внутренних и внешних эффекторов.
Внутренние аллостерические эффекторы
Магний
Аллостерический ион магния Mg 2+ находится на сильно гидратированной границе раздела двух прооктамерных димеров. По-видимому, он легко диссоциируется, и было показано, что гексамеры накапливаются при удалении магния in vitro .
pH
Хотя не принято в качестве аллостерических регуляторов рассматривать ионы гидроксония , в случае PBGS было показано, что протонирование боковой цепи в местах, отличных от активного центра, влияет на равновесие четвертичной структуры и, таким образом, также влияет на скорость катализируемой им реакции.
Внешние аллостерические эффекторы
Стабилизация низкомолекулярными гексамерами
Проверка PBGS 6-мера* выявил поверхностную полость, которой нет в 8-мере. Предполагается, что связывание малых молекул с этой филогенетически вариабельной полостью стабилизирует 6-мер* целевого PBGS и, следовательно, ингибирует активность.
Такие аллостерические регуляторы известны как морфоблоки, потому что они блокируют фермент в определённой форме морфеина (6-мера*) .
Отравление свинцом
Ферментативная активность ALAD подавляется свинцом , начиная с концентраций свинца в крови, которые когда-то считались безопасными (<10 мкг/дл), и продолжает отрицательно коррелировать в диапазоне от 5 до 95 мкг/дл . Ингибирование ALAD свинцом приводит к анемии , прежде всего потому, что он одновременно подавляет биосинтез гема и сокращает продолжительность жизни циркулирующих красных кровяных телец, а также стимулируя избыточную выработку гормона эритропоэтина , приводящего к недостаточному созреванию эритроцитов из их предшественников. Дефект в структурном гене ALAD может вызвать повышенную чувствительность к отравлению свинцом и острую . Были идентифицированы альтернативные варианты сплайсированного транскрипта, кодирующие различные изоформы .
Дефицит
Дефицит порфобилиногенсинтазы обычно приобретённый (а не наследственный) и может быть вызван отравлением тяжёлыми металлами, особенно свинцом , поскольку фермент очень чувствителен к ингибированию тяжёлыми металлами .
Наследственная недостаточность данного фермента называется порфирией с дефицитом порфобилиногенсинтазы (или AЛК-дегидратазы). Это чрезвычайно редкая форма порфирии , было описано менее 10 случаев данного заболевания . Все варианты белка, ассоциированного с заболеванием, способствуют образованию гексамера по сравнению с человеческим ферментом дикого типа .
АЛК-дегидратаза как прототип морфеина
Морфеиновая модель аллостерии, представленная на примере PBGS, улучшает уровень понимания потенциальных механизмов регуляции функции белка и дополняет то повышенное внимание, которое сообщество исследователей белка уделяет динамике структуры белка .
Эта модель иллюстрирует, как динамика таких явлений, как альтернативные конформации белков, альтернативные олигомерные состояния и временные белок-белковые взаимодействия, могут быть использованы для аллостерической регуляции каталитической активности ферментов.
Примечания
- Eiberg H, Mohr J, Nielsen LS (February 1983). "delta-Aminolevulinatedehydrase: synteny with ABO-AK1-ORM (and assignment to chromosome 9)". Clinical Genetics . 23 (2): 150—4. doi : . PMID . S2CID .
- Beaumont C, Foubert C, Grandchamp B, Weil D, Gross MS, Nordmann Y (May 1984). "Assignment of the human gene for delta aminolevulinate dehydrase to chromosome 9 by somatic cell hybridization and specific enzyme immunoassay". Annals of Human Genetics . 48 (2): 153—9. doi : . PMID . S2CID .
- ↑ Jaffe EK, Lawrence SH (March 2012). . Archives of Biochemistry and Biophysics . 519 (2): 144—53. doi : . PMC . PMID .
- Breinig S, Kervinen J, Stith L, Wasson AS, Fairman R, Wlodawer A, et al. (September 2003). "Control of tetrapyrrole biosynthesis by alternate quaternary forms of porphobilinogen synthase". Nature Structural Biology . 10 (9): 757—63. doi : . PMID . S2CID .
- Lawrence SH, Jaffe EK (2008). . Biochemistry and Molecular Biology Education . 36 (4): 274—283. doi : . PMC . PMID .
- . — Atlanta, GA : Agency for Toxic Substances and Disease Registry (US), August 2007. — P. 22, 30.
- .
- от 5 мая 2023 на Wayback Machine , from NetBiochem at the University of Utah. Last modified 1/5/95
- ↑ Jaffe EK, Stith L (February 2007). . American Journal of Human Genetics . 80 (2): 329—37. doi : . PMC . PMID .
- 22 июля 2011 года. at The Porphyrias Consortium (a part of NIH Rare Diseases Clinical Research Network (RDCRN)) Retrieved June 2011
Внешние ссылки
isla
- 2021-09-06
- 2