Аргининосукцинатсинтаза - Argininosuccinate synthase

Аргининосукцинатсинтетаза
Белок ASS1 PDB 2nz2.png
Кристаллографическая структура аргининосукцинатсинтетазы человека.[1]
Идентификаторы
Номер ЕС6.3.4.5
Количество CAS9023-58-9
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Аргининосукцинатсинтетаза 1
Идентификаторы
СимволASS1
Ген NCBI445
HGNC758
OMIM603470
RefSeqNM_000050
UniProtP00966
Прочие данные
Номер ЕС6.3.4.5
LocusChr. 9 q34.1
Аргининосукцинатсинтетаза
PDB 1j21 EBI.jpg
кристаллическая структура аргининосукцинатсинтетазы thermus thermophilus hb8 в комплексе с атп и цитруллином
Идентификаторы
СимволArginosuc_synth
PfamPF00764
Pfam кланCL0039
ИнтерПроIPR001518
PROSITEPDOC00488
SCOP21кп2 / Объем / СУПФАМ

Аргининосукцинатсинтаза или же синтетаза (ЖОПА; EC 6.3.4.5 ) является фермент который катализирует синтез аргининосукцинат из цитруллин и аспартат. У человека аргининосукцинатсинтаза кодируется Ген ASS расположен на хромосома 9.

ASS отвечает за третий этап цикл мочевины и одна из реакций цикл цитруллин-NO.

Выражение

Экспрессируемый ген ASS имеет длину не менее 65 т.п.н., в том числе не менее 12 интроны.[2] В людях, ЖОПА экспрессируется в основном в клетках печень и почка.

Механизм

На первой стадии катализируемой реакции цитруллин атакует α-фосфат АТФ с образованием цитруллина аденилата, реактивного промежуточного соединения. Прикрепление AMP к уреидо (мочевино-подобной) группе цитруллина активирует карбонильный центр для последующего нуклеофильная атака. Эта активация облегчает второй этап, на котором α-аминогруппа аспартат атакует группу уреидо. Атака аспартатом - это ограничивающий шаг реакции. Этот шаг производит бесплатный AMP и L-аргининосукцинат.[3]

С термодинамической точки зрения аденилирование уреидогруппы цитруллина более благоприятно, чем аналогичный фосфорилирование. Кроме того, атака цитруллином на α-фосфат АТФ производит эквивалент пирофосфат, который может быть гидролизован в термодинамически благоприятной реакции для обеспечения дополнительной энергии для запуска аденилирования.[4]

Реакция катализируется аргининосукцинатсинтетазой. По материалам Goto et al. 2003 г.[5]

Структура

Четвертичный

Аргининосукцинатсинтетаза представляет собой гомотетрамер, каждая субъединица которого состоит из 412 остатков.[6] Интерфейсы между субблоками содержат ряд соляные мосты и водородные связи, и C-конец каждой субъединицы участвует в олигомеризации, взаимодействуя с C-концом и нуклеотид-связывающими доменами других субъединиц.[7]

Активный сайт

Рентгеновский кристалл структуры были созданы для аргининосукцинатсинтетазы из Термус термофильный, Кишечная палочка, Thermotoga Maritime, и Homo sapiens. В жопу от T. thermophilus, Кишечная палочка, и Х. сапиенс, цитруллин и аспартат прочно связаны в активный сайт путем взаимодействия с серин и аргинин остатки; взаимодействия субстратов с другими остатками в активном центре варьируются в зависимости от вида. В T. thermophilusУреидогруппа цитруллина, по-видимому, перемещается во время нуклеофильной атаки, чтобы достичь достаточной близости к α-фосфату АТФ.[5] В Кишечная палочкапредполагается, что связывание АТФ вызывает конформационный сдвиг, который объединяет нуклеотид-связывающий домен и синтетазный домен.[8] Структура аргининосукцинатсинтетазы со связанным АТФ в активном сайте не была достигнута, хотя моделирование предполагает, что расстояние между АТФ и уреидогруппой цитруллина меньше в аргининосукцинатсинтетазе человека, чем в Кишечная палочка разнообразие, поэтому вполне вероятно, что для катализа необходимо гораздо меньшее конформационное изменение.[7] АТФ-связывающий домен аргининосукцинатсинтетазы подобен домену других АТФ N-типа. пирофосфатазы.[8]

Активный сайт аргининосукцинатсинтетазы показан со связанным цитруллином, АТФ и аспартатом, взаимодействующими с выбранными остатками активного сайта. Смоделировано с использованием PyMol из PDB 1J1Z.

Функция

Аргининосукцинатсинтетаза участвует в синтезе креатин, полиамины, аргинин, мочевина, и оксид азота.[9]

Синтез аргинина

Превращение цитруллина в аргининосукцинат является лимитирующей стадией синтеза аргинина. Активность аргининосукцинатсинтетазы в синтезе аргинина в основном проявляется во внешнем митохондриальный мембрана перипортального печень клетки как часть цикла мочевины, при этом некоторая активность происходит в корковых почка клетки.[6]{[9] Генетические дефекты, вызывающие неправильную локализацию аргининосукцинатсинтетазы на внешней мембране митохондрий, вызывают цитруллинемию II типа.[9]

В плоды и у младенцев аргинин также продуцируется за счет активности аргининосукцинатсинтетазы в клетках кишечника, предположительно, чтобы восполнить низкий уровень аргинина, обнаруженный в материнском молоке. Экспрессия аргининосукцинатсинтетазы в кишечнике прекращается через два-три года жизни.[9]

Считается, что регуляция активности аргининосукцинатсинтетазы в синтезе аргинина происходит главным образом в транскрипционный уровень в ответ на глюкокортикоиды, лагерь, глюкагон, и инсулин.[10] Также было продемонстрировано in vitro что аргинин подавляет экспрессию аргининосукцинатсинтетазы, тогда как цитруллин повышает ее.[9]

Цикл цитруллин-NO

Фермент эндотелиальная синтаза оксида азота производит оксид азота из аргинина в эндотелиальные клетки.[9] Аргининосукцинатсинтетаза и аргининосукцинатлиаза переработать цитруллин, побочный продукт производства оксида азота, в аргинин. Поскольку оксид азота является важной сигнальной молекулой, эта роль АСС важна для физиологии сосудов. В этой роли активность аргининосукцинатсинтетазы регулируется в основном воспалительными клеточными сигнальными молекулами, такими как цитокины.[6]

В эндотелиальных клетках было показано, что экспрессия ASS увеличивается за счет ламинарного напряжение сдвига из-за пульсирующего кровотока.[11] Новые данные свидетельствуют о том, что ASS также может регулироваться фосфорилированием по остатку Ser-328 посредством протеинкиназа C -α[12] и по нитрозилирование по остатку Cys-132 синтазой оксида азота.[7]

Роль в болезни

Цитруллинемия

Цитруллинемия - это наследственное аутосомно-рецессивное заболевание.[13] Не менее 50 мутации которые вызывают цитруллинемию I типа, были идентифицированы в гене ASS. Большинство этих мутаций заменяют одну аминокислоту в ASS. Эти мутации, вероятно, влияют на структуру фермента и его способность связываться с цитруллином, аспартатом и другими молекулами. Несколько мутаций приводят к выработке аномально короткого фермента, который не может эффективно играть свою роль в цикле мочевины.

Дефекты АСС нарушают третий этап цикла мочевины, не позволяя печени перерабатывать избыточный азот в мочевину. В результате азот (в виде аммиак ) и другие побочные продукты цикла мочевины (например, цитруллин) накапливаются в кровотоке. Аммиак токсичен, особенно для нервная система. Накопление аммиака в течение первых нескольких дней жизни приводит к плохому кормлению, рвота, припадки и другие признаки и симптомы цитруллинемии I типа.

Лечение этого дефекта включает диету с низким содержанием белка и диетические добавки с аргинин и фенилацетат. Аргинин позволяет циклу мочевины завершиться, создавая субстраты, необходимые для первоначальной фиксации аммиака. Это снизит pH крови. Кроме того, фенилацетат вступает в реакцию с глутамином, в результате чего образуется фенилацетоглутамин, который может выводиться через почки.[14]

Рак

Отсутствие экспрессии аргининосукцинатсинтетазы наблюдается в нескольких типах раковых клеток, включая панкреатический рак, рак печени,[15] и меланома.[16] Например, дефекты САЭ наблюдаются в 87% случаев рака поджелудочной железы. Поэтому раковые клетки не могут синтезировать достаточное количество аргинина для клеточных процессов и поэтому должны полагаться на аргинин с пищей. Истощение аргинина плазмы при использовании аргининдеиминаза было показано, что он приводит к регрессии опухолей у мышей.[17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ PDB: 2nz2​; Карлберг Т., Коллинз Р., ван ден Берг С., Флорес А., Хаммарстрём М., Хёгбом М., Холмберг Скьявоне Л., Уппенберг Дж. (Март 2008 г.). «Структура аргининосукцинатсинтетазы человека». Acta Crystallographica Раздел D. 64 (Pt 3): 279–86. Дои:10.1107 / S0907444907067455. PMID  18323623.
  2. ^ Фрейтаг С.О., Боде А.Л., Бок Г.Г., О'Брайен В.Е. (октябрь 1984 г.). «Молекулярная структура гена аргининосукцинатсинтетазы человека: появление альтернативного сплайсинга мРНК». Молекулярная и клеточная биология. 4 (10): 1978–84. Дои:10.1128 / MCB.4.10.1978. ЧВК  369014. PMID  6095035.
  3. ^ Гхош С., Раушель Ф.М. (октябрь 1985 г.). «Определение механизма реакции аргининосукцинатсинтетазы с помощью статических и динамических экспериментов по гашению». Биохимия. 24 (21): 5894–8. Дои:10.1021 / bi00342a031. PMID  3878725.
  4. ^ Кумар С., Леннейн Дж., Ратнер С. (октябрь 1985 г.). «Аргининосукцинатсинтетаза: существенная роль остатков цистеина и аргинина в структуре и механизме активации АТФ». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 82 (20): 6745–9. Дои:10.1073 / пнас.82.20.6745. ЧВК  390763. PMID  3863125.
  5. ^ а б Гото М., Оми Р., Мияхара И., Сугахара М., Хироцу К. (июнь 2003 г.). «Структуры аргининосукцинатсинтетазы в субстратах фермент-АТФ и формах продукта фермент-АМФ: стереохимия каталитической реакции». Журнал биологической химии. 278 (25): 22964–71. Дои:10.1074 / jbc.M213198200. PMID  12684518.
  6. ^ а б c Husson A, Brasse-Lagnel C, Fairand A, Renouf S, Lavoinne A (май 2003 г.). «Аргининосукцинатсинтетаза от цикла мочевины до цикла цитруллин-NO». Европейский журнал биохимии. 270 (9): 1887–99. Дои:10.1046 / j.1432-1033.2003.03559.x. PMID  12709047.
  7. ^ а б c Карлберг Т., Коллинз Р., ван ден Берг С., Флорес А., Хаммарстрём М., Хёгбом М., Холмберг Скьявоне Л., Уппенберг Дж. (Март 2008 г.). «Структура аргининосукцинатсинтетазы человека». Acta Crystallographica Раздел D. 64 (Pt 3): 279–86. Дои:10.1107 / S0907444907067455. PMID  18323623.
  8. ^ а б Lemke CT, Howell PL (декабрь 2001 г.). «Кристаллическая структура 1.6 A аргининосукцинатсинтетазы E. coli предполагает конформационные изменения во время катализа». Структура. 9 (12): 1153–64. Дои:10.1016 / S0969-2126 (01) 00683-9. PMID  11738042.
  9. ^ а б c d е ж Haines RJ, Pendleton LC, Eichler DC (2011). «Аргининосукцинатсинтаза: в центре метаболизма аргинина». Международный журнал биохимии и молекулярной биологии. 2 (1): 8–23. ЧВК  3074183. PMID  21494411.
  10. ^ Моррис С.М. (2002). «Регуляция ферментов цикла мочевины и метаболизма аргинина». Ежегодный обзор питания. 22: 87–105. Дои:10.1146 / annurev.nutr.22.110801.140547. PMID  12055339.
  11. ^ Mun GI, Boo YC (апрель 2012 г.). «Регуляторная роль Kruppel-подобного фактора 4 в эндотелиальной экспрессии аргининосукцинатсинтетазы 1 в ответ на напряжение ламинарного сдвига». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 420 (2): 450–5. Дои:10.1016 / j.bbrc.2012.03.016. PMID  22430140.
  12. ^ Haines RJ, Corbin KD, Pendleton LC, Eichler DC (июль 2012 г.). «Протеинкиназа Cα фосфорилирует новый сайт аргининосукцинатсинтазы в серине 328 во время кальций-зависимой стимуляции эндотелиальной синтазы оксида азота в эндотелиальных клетках сосудов». Журнал биологической химии. 287 (31): 26168–76. Дои:10.1074 / jbc.M112.378794. ЧВК  3406701. PMID  22696221.
  13. ^ Häberle J, Pauli S, Linnebank M, Kleijer WJ, Bakker HD, Wanders RJ, Harms E, Koch HG (апрель 2002 г.). «Структура гена аргининосукцинатсинтетазы человека и усовершенствованная система молекулярной диагностики у пациентов с классической и легкой цитруллинемией». Генетика человека. 110 (4): 327–33. Дои:10.1007 / s00439-002-0686-6. PMID  11941481. S2CID  267227.
  14. ^ Девлин TM (2002). Учебник биохимии: с клиническими соотношениями. Нью-Йорк: Вили-Лисс. п. 788. ISBN  0-471-41136-1.
  15. ^ У Л., Ли Л., Мэн С., Ци Р., Мао З, Линь М. (февраль 2013 г.). «Экспрессия аргининосукцинатсинтетазы у пациентов с гепатоцеллюлярной карциномой». Журнал гастроэнтерологии и гепатологии. 28 (2): 365–8. Дои:10.1111 / jgh.12043. PMID  23339388. S2CID  22969625.
  16. ^ Юн Дж. К., Франкель А. Е., Феун Л. Г., Экмекчиоглу С., Ким КБ (2013). «Аргининовая депривация при злокачественной меланоме». Клиническая фармакология. 5: 11–9. Дои:10.2147 / CPAA.S37350. ЧВК  3534294. PMID  23293541.
  17. ^ Боулз Т.Л., Ким Р., Галанте Дж., Парсонс С.М., Вирудачалам С., Кунг Х.Дж., Жирный Р.Дж. (октябрь 2008 г.). «Клеточные линии рака поджелудочной железы, дефицитные по аргининосукцинатсинтетазе, чувствительны к депривации аргинина аргининдезиминазой». Международный журнал рака. 123 (8): 1950–5. Дои:10.1002 / ijc.23723. ЧВК  4294549. PMID  18661517.

внешняя ссылка