Аргинин декарбоксилаза - Arginine decarboxylase

аргининдекарбоксилаза
Decamer.png
Трехмерное изображение пентамера гомодимеров аргининдекарбоксилазы
Идентификаторы
Номер ЕС4.1.1.19
Количество CAS9024-77-5
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Кислотно-индуцированная аргининдекарбоксилаза (AdiA), также обычно называемый аргининдекарбоксилаза, является фермент ответственный за катализирующий преобразование L-аргинин в агматин и углекислый газ. В процессе декарбоксилирования расходуется протон и используется пиридоксаль-5'-фосфат (PLP) кофактор, подобно другим ферментам, участвующим в аминокислота метаболизм, такой как орнитиндекарбоксилаза и глутамин декарбоксилаза.[1] Он находится в бактерии и вирус, хотя большинство исследований до сих пор сосредоточено на формах фермента в бактериях. Во время декарбоксилирования аргинина, катализируемого AdiA, необходимый протон расходуется из клетки. цитоплазма который помогает предотвратить чрезмерное накопление протонов внутри клетки и служит для увеличения внутриклеточного pH.[2] Аргининдекарбоксилаза является частью ферментативной системы в кишечная палочка (Кишечная палочка),[3] Сальмонелла Тифимуриум,[4] и метан-продуцирующие бактерии Methanococcus jannaschii[5] что делает эти организмы кислотостойкими и позволяет им выживать в очень кислой среде.

Структура

Аргининдекарбоксилаза - это мультимер белковых субъединиц. Например, форма этого фермента в Кишечная палочка это ок. 800 кДа декамер идентичных подразделения, и состоит из пентамер из димеры.[6] Каждую субъединицу можно разделить на пять домены: (1) амино-концевой домен крыла, (2) линкерный домен, (3) PLP-связывающий домен, (4) аспартатаминотрансфераза - (AspAT-) как небольшой домен, и (5) карбокси-концевой домен.[3] AspAT-подобный небольшой домен, PLP-связывающий домен и карбокси-концевой домен образуют открытую чашевидную структуру. Крыловой домен простирается от трех других доменов как ручка чаши, а линкерный домен соединяет эти две части вместе. В целом пять доменов связаны друг с другом через водородные связи и электростатические взаимодействия.[3]

Мономер аргинин-декарбоксилазы, показывающий: (A) Крыловой домен (фиолетовый); (B) линкерный домен (красный); (C) PLP-связывающий домен (оранжевый); (D) AspAT-подобный небольшой домен (синий); (E) карбокси-концевой домен (зеленый). Создано из 2VYC.

В Кишечная палочка аргининдекарбоксилаза, каждый гомодимер имеет два активных центра, которые похоронены примерно на 30 Å от поверхности димера. Активный сайт в PLP-связывающем домене состоит из кофактора PLP, связанного с лизин остаток в виде База Шиффа. В фосфат группа PLP удерживается на месте за счет водородных связей со спиртовыми боковыми цепями нескольких серин и треонин остатков, а также за счет водородной связи с имидазол боковая цепь гистидин остаток. Протонированный азот в ароматическом кольце PLP представляет собой водородная связь с карбоксилатом в боковой цепи аспарагиновой кислоты.[3]

Ключевые остатки, которые взаимодействуют с PLP в активном сайте. Создано из 2VYC.

Механизм

Механизм действия аргининдекарбоксилазы аналогичен другим дезаминирующий и декарбоксилирование ферментов PLP при использовании основания Шиффа средний.[7] Первоначально остаток Lys386 вытесняется в трансаминирование реакция подсостояния L-аргинина с образованием основания Шиффа аргинина с кофактором PLP.[8] Затем происходит декарбоксилирование карбоксилатной группы аргинина, когда предполагается, что разорванная связь C-C перпендикулярна PLP. пиридин звенеть.[9] Пиридиновая азотная группа действует как электроноакцепторный группа, которая способствует разрыву связи C-C. Протонирование аминокислоты приводит к образованию нового основания Шиффа, которое впоследствии подвергается реакции трансаминирования остатком лизина аргининдекарбоксилазы, регенерируя каталитически активный PLP и высвобождая агмантин как продукт. Хотя была выдвинута гипотеза, что протонированный остаток гистидина участвует в стадии протонирования в качестве источника протонов,[10] Идентичность протонодонорного остатка в аргининдекарбоксилазе еще предстоит подтвердить.

Механизм действия аргининдекарбоксилазы (AdiA)

Функция

Аргининдекарбоксилаза - один из основных компонентов аргинин-зависимая кислотная устойчивость (AR3)[11] это позволяет Кишечная палочка чтобы выжить достаточно долго в очень кислой среде желудка, чтобы пройти через пищеварительный тракт и заразить человека хозяин. Фермент потребляет цитоплазматический протон в реакции декарбоксилирования, не позволяя pH клетки становиться слишком кислым. Активность фермента зависит от pH окружающей среды. На более основных клеточных уровнях pH фермент существует в неактивной гомодимерной форме, так как электростатическое отталкивание между отрицательно заряженными кислотными остатки в доменах крыла предотвращают сборку гомодимеров в каталитически активный декамер. Когда клеточная среда становится более кислой, эти остатки становятся нейтрально заряженными в результате протонирования. При меньшем электростатическом отталкивании между гомодимерами фермент может собираться в виде каталитически активного декамера.[12] Эта конкретная стратегия сборки, используемая Кишечная палочка аргининдекарбоксилаза также широко используется другими ацидофильные организмы чтобы справиться с кислыми условиями роста.[13] В целом активность аргининдекарбоксилазы в отношении кислотостойкости двукратная. Поверхностные белковые остатки гомодимера поглощают протоны, что приводит к образованию активных декамеров, которые дополнительно увеличивают потребление протонов в результате реакции декарбоксилирования. Аргининдекарбоксилаза работает в тандеме с антипортеры аргининдекарбоксилазы (AdiC), другой компонент AR3, который обменивает внеклеточный субстрат аргинина на внутриклеточный побочный продукт декарбоксилирования.[14][15]

Рекомендации

  1. ^ Paiardini A, Contestabile R, Buckle AM, Cellini B (2014). «PLP-зависимые ферменты». BioMed Research International. 2014: 856076. Дои:10.1155/2014/856076. ЧВК  3914556. PMID  24527459.
  2. ^ Бокер Э.А., Снелл Э.Э. (январь 1971 г.). "[225] Аргининдекарбоксилаза (кишечная палочка Б) ». Методы в энзимологии. 17: 657–662. Дои:10.1016/0076-6879(71)17114-5. ISBN  9780121818777.
  3. ^ а б c d Андрелл Дж., Хикс М.Г., Палмер Т., Карпентер Е.П., Ивата С., Махер М.Дж. (май 2009 г.). «Кристаллическая структура индуцированной кислотой аргининдекарбоксилазы из кишечная палочка: обратимая сборка декамеров контролирует активность ферментов ». Биохимия. 48 (18): 3915–27. Дои:10.1021 / bi900075d. PMID  19298070.
  4. ^ Дека Г., Бхарат С.Р., Савитри Х.С., Мурти М.Р. (сентябрь 2017 г.). "Структурные исследования декамерной С. Typhimurium arginine decarboxylase (ADC): Связывание пиридоксаль-5'-фосфата вызывает конформационные изменения ». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 490 (4): 1362–1368. Дои:10.1016 / j.bbrc.2017.07.032. PMID  28694189.
  5. ^ PDB: 1MT1​; Толберт В.Д., Грэм Д.Е., Уайт Р.Х., Иалик С.Е. (март 2003 г.). «Пирувоил-зависимая аргининдекарбоксилаза из Methanococcus jannaschii: кристаллические структуры саморасщепляющейся формы профермента S53A». Структура. 11 (3): 285–94. Дои:10.1016 / S0969-2126 (03) 00026-1. PMID  12623016.
  6. ^ Бокер Э.А., Снелл Э.Э. (апрель 1968 г.). "Аргининдекарбоксилаза из кишечная палочка. II. Диссоциация и реассоциация субъединиц ». Журнал биологической химии. 243 (8): 1678–84. PMID  4870600.
  7. ^ Элиот AC, Кирш JF (2004). «Пиридоксальфосфатные ферменты: механистические, структурные и эволюционные соображения». Ежегодный обзор биохимии. 73: 383–415. Дои:10.1146 / annurev.biochem.73.011303.074021. PMID  15189147.
  8. ^ Джон Р.А. (апрель 1995 г.). «Пиридоксальфосфатзависимые ферменты». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология. 1248 (2): 81–96. Дои:10.1016 / 0167-4838 (95) 00025-п. PMID  7748903.
  9. ^ Тони MD (январь 2005 г.). «Специфичность реакции пиридоксальфосфатных ферментов». Архивы биохимии и биофизики. 433 (1): 279–87. Дои:10.1016 / j.abb.2004.09.037. PMID  15581583.
  10. ^ Ахтар М., Стивенсон Д.Е., Гани Д. (август 1990 г.). «Папоротник L-метиониндекарбоксилаза: кинетика и механизм декарбоксилирования и абортивного переаминирования». Биохимия. 29 (33): 7648–60. Дои:10.1021 / bi00485a014. PMID  2271524.
  11. ^ Лин Дж., Смит М.П., ​​Чапин К.С., Байк Х.С., Беннетт Г.Н., Фостер Дж.В. (сентябрь 1996 г.). «Механизмы кислотной устойчивости при энтерогеморрагическом кишечная палочка". Прикладная и экологическая микробиология. 62 (9): 3094–100. Дои:10.1128 / AEM.62.9.3094-3100.1996. ЧВК  168100. PMID  8795195.
  12. ^ Новак С., Бокер Э.А. (март 1981 г.). "Индуцибельная аргининдекарбоксилаза кишечная палочка B: активность димера и декамера ». Архивы биохимии и биофизики. 207 (1): 110–6. Дои:10.1016/0003-9861(81)90015-1. PMID  7016035.
  13. ^ Ричард Х., Фостер Дж. У. (сентябрь 2004 г.). "кишечная палочка глутамат- и аргинин-зависимые системы кислотной устойчивости увеличивают внутренний pH и обратный трансмембранный потенциал ». Журнал бактериологии. 186 (18): 6032–41. Дои:10.1128 / jb.186.18.6032-6041.2004. ЧВК  515135. PMID  15342572.
  14. ^ Гонг С., Ричард Х, Фостер Дж. У. (август 2003 г.). "YjdE (AdiC) - аргинин: антипортер агматина, необходимый для аргинин-зависимой кислотной устойчивости у кишечная палочка". Журнал бактериологии. 185 (15): 4402–9. Дои:10.1128 / jb.185.15.4402-4409.2003. ЧВК  165756. PMID  12867448.
  15. ^ Айер Р., Уильямс С., Миллер С. (ноябрь 2003 г.). «Аргинин-агматиновый антипортер с экстремальной кислотостойкостью у кишечная палочка". Журнал бактериологии. 185 (22): 6556–61. Дои:10.1128 / jb.185.22.6556-6561.2003. ЧВК  262112. PMID  14594828.