D-лизин 5,6-аминомутаза - Википедия - D-lysine 5,6-aminomutase

Альфа-субъединица 5,6-аминомутазы D-лизина
PDB 1xrs EBI.jpg
кристаллическая структура лизин 5,6-аминомутазы в комплексе с plp, кобаламином и 5'-дезоксиаденозином
Идентификаторы
СимволLys-AminoMut_A
PfamPF09043
ИнтерПроIPR015130
D-лизин 5,6-аминомутаза
Идентификаторы
Номер ЕС5.4.3.4
Количество CAS9075-70-1
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

В энзимология, D-лизин 5,6-аминомутаза (ЕС 5.4.3.4 ) является фермент который катализирует то химическая реакция

D-лизин 2,5-диаминогексаноат

Следовательно, у этого фермента есть один субстрат, D-лизин, и один товар, 2,5-диаминогексаноат.

Этот фермент участвует в деградация лизина. Здесь работает один кофактор, кобамид.

Два пути деградации лизина

Фон

D-лизин 5,6-аминомутаза принадлежит к изомераза семейство ферментов, особенно внутримолекулярных трансферазы, который переносит аминогруппы. Его систематическое название является D-2,6-диаминогексаноат 5,6-аминомутаза. Другие широко используемые названия включают D-α-лизинмутазу и аденозилкобаламин-зависимую D-лизин-5,6-аминомутазу, которая может быть сокращена как 5,6-LAM.

Мутазная реакция 5,6-LAM

5,6-LAM способен обратимо катализировать миграцию аминогруппы от ε-углерода к δ-углероду как в D-лизине, так и в L-β-лизине, и катализировать миграцию атомов водорода от δ-углерода к ε- углерод одновременно.[1] Наибольшую каталитическую активность проявляет в 20 мМ Трис • HCl при pH 9,0-9,2.[2]

В начале 1950-х годов 5,6-LAM был обнаружен в бактериях, ферментирующих аминокислоты. Clostridium sticklandii, в которых лизин подвергается разложению в анаэробных условиях до эквимолярных количеств ацетат и бутират.[3]

Позже изотопные исследования обнаружили два возможных пути. В пути А, как ацетат, так и бутират образуются из C2-C3 расщепление D-лизина. В отличие от пути А, путь B включает C5-C4 деградация, производящая те же продукты.

D-лизин 5,6-аминомутаза (5,6-LAM) отвечает за первую конверсию в пути B преобразовать D-α-лизин в 2,5-диаминогексаноат. В отличие от других членов семейства аминомутаз (например, 2,3-LAM), которые свойственны одному субстрату, 5,6-LAM может обратимо катализировать как реакцию D-лизина до 2,5-диаминогексановой кислоты, так и реакцию L-β-лизина до 3,5-диаминогексановой кислоты.[3][4]

Реакции Lysin, катализируемые 5,6-LAM.jpeg

Структура

Подразделения

Две единицы 5,6-LAM (AdoCbl желтого цвета и PLP оранжевого цвета)

5,6-LAM представляет собой α2β2 тетрамер. В структура альфа-субъединицы преимущественно связывается с PLP ТИМ ствол домен, с несколькими дополнительными альфа-спирали и бета-нити на N и C конец. Эти спирали и нити образуют переплетенную вспомогательную зажимную конструкцию, которая обвивает стороны корпуса TIM и простирается вверх к Ado лиганд КБЛ кофактор, которая является бета-субъединицей, обеспечивающей большинство взаимодействий, наблюдаемых между белком и лигандом Ado Cbl, предполагая, что его роль заключается в основном в стабилизации AdoCbl в докаталитическом состоянии покоя.[5] Субъединица β связывает AdoCbl, а PLP напрямую связывается с субъединицей α. PLP также напрямую связывается с Lys144 субъединицы β с образованием внутреннего альдимина. PLP и AdoCbl разделены расстоянием 24 Å.[6]

Кофакторы

  1. 5,6-ЛАМ - это пиридоксаль-5'-фосфат (PLP) зависит. PLP связывается со своим субстратом с помощью внешней альдиминовой связи. PLP также важен для стабилизации радикального интермедиата за счет каптодативной стабилизации и спиновой делокализации.[7]
  2. Катализ начинается с 5'-дезоксиаденозильный радикал (Ado-CH2•), а 5'-дезоксиаденозилкобаламин (AdoCbl) является важным кофактором в качестве переносчика водорода.[8]
  3. АТФ, меркаптан и ион двухвалентного металла (обычно Mg2+) необходимы для достижения максимального каталитического эффекта.[4]

Механизм

Предлагаемый механизм 5,6-LAM

Каталитический цикл

В каталитический цикл начинается с Ado-CH2• (5'-дезоксиаденозильный радикал, производный от аденозилкобаламин ) отрыв атома водорода от аддукта PLP-D-лизин (субстрат-связанный предшественник SH) для образования связанного с субстратом радикала (S •), с радикалом, расположенным у углерода 5 остатка лизина. Последний подвергается внутренней циклизации / добавлению к иминному азоту с образованием азиридин карбинильный радикал (Я•) - более термодинамически стабильный интермедиат с радикалом, находящимся на бензиловый позиция. Перестановка Я• производит радикал, связанный с продуктом (П•), который затем участвует в заключительном этапе переноса водорода из AdoH с образованием комплекса PLP-продукт (PH).[9]

Структурный катализ

Дальнейшее понимание каталитического механизма может быть получено из рентгеновский снимок структура.

PLP (в зеленом цвете) поддерживает активное взаимодействие с ферментом в открытом состоянии

Во-первых, после добавления субстрата в систему наблюдается явное конформационное изменение. С ферментом без субстрата расстояние между AdoCbl и PLP составляет около 24 Å. PLP участвует во множественных нековалентных взаимодействиях с ферментом, при этом 5,6-LAM находится в «открытом» состоянии.

На первом этапе каталитического цикла фермент принимает субстрат, образуя внешний альдимин с PLP, заменяющим внутренний PLP-Lys144β альдимин. При расщеплении внутреннего альдимина β-единица может перемещаться к вершине α-единицы и блокировать пустой сайт. Таким образом, поколение Ado-CH2• радикал приводит к изменению структуры активного домена, приближая AdoCbl и комплекс PLP-субстрат друг к другу, таким образом блокируя фермент в «закрытом» состоянии. Закрытое состояние существует до тех пор, пока не произойдет радикальный перенос при высвобождении продукта и реформировании AdoCbl. В то же время закрытое состояние снова преобразуется в открытое состояние для ожидания следующей подложки.[10]

Также стоит упомянуть механизм блокировки для предотвращения радикальной реакции без присутствия субстрата, обнаруженный группой Кэтрин Дреннан. Lys144 субъединицы β расположен на коротком грамм -богая петля, высоко консервативная во всех 5,6-LAM, которая блокирует AdoCbl от сайта реакции. По данным рентгеноструктурного анализа, при использовании открытой структуры оси ствола ТИМ и доменов Россмана направлены в разные стороны. С добавлением субстрата субъединицы перестраиваются, чтобы превратить оси друг в друга, чтобы облегчить катализ.[11] Например, в 5,6-LAM дикого типа фенольное кольцо Tyr263α ориентировано по скользящей геометрии с пиридиновым кольцом PLP, создавая π-π-стэкинг-взаимодействие, которое способно модулировать электронное распределение высокоэнергетических радикальный интермедиат.[12]

История

Раннее понимание механизма каталитической реакции в основном было сосредоточено на изотопных методах. Оба пути деградации лизина и роль 5,6-LAM были обнаружены в ранних работах группы Штадтмана в 1950-1960-х годах. В 1971 году, имея под рукой меченный тритием α-лизин, 2,5-диаминогексаноат и кофермент, Колин Морли и Т. Штадтман обнаружили роль 5'-дезоксиаденозилкобаламина (AdoCbl) как источника миграции водорода.[8] В последнее время был достигнут значительный прогресс в обнаружении промежуточных продуктов реакции, особенно в отношении I •. На основе квантово-механических расчетов было предположено, что с 5-фторолизином[9] вместо D-лизина можно улавливать и анализировать виды 5-FS •. Аналогичный подход был применен к модификации PLP, когда он был преобразован в 4’-cyanoPLP.[13] или PLP-NO.[14] Предполагается, что радикальный аналог интермедиата I • легко обнаруживается в поддержку предложенного механизма. Другой симуляции может также дать некоторое представление о каталитической реакции.[1]

Рекомендации

  1. ^ а б Сандала Г.М., Смит Д.М., Радом Л. (декабрь 2006 г.). «В поисках радикальных интермедиатов в реакциях, катализируемых лизин-2,3-аминомутазой и лизин-5,6-аминомутазой». Журнал Американского химического общества. 128 (50): 16004–5. Дои:10.1021 / ja0668421. PMID  17165731.
  2. ^ Морли CG, Stadtman TC (декабрь 1970). «Исследования ферментации D-альфа-лизина. Очистка и свойства регулируемого аденозинтрифосфатом B 12-кофермент-зависимого комплекса D-альфа-лизин-мутазы из Clostridium sticklandii». Биохимия. 9 (25): 4890–900. Дои:10.1021 / bi00827a010. PMID  5480154.
  3. ^ а б Stadtman TC, White FH (июнь 1954 г.). «Изучение индикаторов метаболизма орнитина, лизина и формиата в аминокислотах, ферментирующих Clostridium». Журнал бактериологии. 67 (6): 651–7. Дои:10.1128 / JB.67.6.651-657.1954. ЧВК  357300. PMID  13174491.
  4. ^ а б Штадтман Т.С., Цай Л. (сентябрь 1967 г.). «Кобамид-кофермент-зависимая миграция эпсилон-аминогруппы D-лизина». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 28 (6): 920–6. Дои:10.1016 / 0006-291x (67) 90067-8. PMID  4229021.
  5. ^ Беркович Ф., Бехшад Э., Тан К.Х., Эннс Э.А., Фрей П.А., Дреннан С.Л. (ноябрь 2004 г.). «Блокирующий механизм, предотвращающий радикальное повреждение в отсутствие субстрата, как показывает рентгеновская структура лизин 5,6-аминомутазы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 101 (45): 15870–5. Дои:10.1073 / pnas.0407074101. ЧВК  528771. PMID  15514022.
  6. ^ Ло ХХ, Лин ХХ, Мэйти АН, Ке СК (май 2016 г.). «Молекулярный механизм переходов конформационного цикла открытого-закрытого белка и связанных событий связывания субстрата, активации и высвобождения продукта в лизин 5,6-аминомутазе». Химические коммуникации. 52 (38): 6399–402. Дои:10.1039 / c6cc01888b. PMID  27086547.
  7. ^ Чен Ю.Х., Мэйти А.Н., Пан Ю.К., Фрей П.А., Ке СК (ноябрь 2011 г.). «Радикальная стабилизация имеет решающее значение в механизме действия лизин-5,6-аминомутазы: роль тирозина-263α, выявленная с помощью спектроскопии электронного парамагнитного резонанса». Журнал Американского химического общества. 133 (43): 17152–5. Дои:10.1021 / ja207766c. PMID  21939264.
  8. ^ а б Морли CG, Stadtman TC (июнь 1971 г.). «Исследования по ферментации p-альфа-лизина. По водородному сдвигу, катализируемому коферментозависимой D-альфа-лизинмутазой B 12». Биохимия. 10 (12): 2325–9. Дои:10.1021 / bi00788a023. PMID  5114991.
  9. ^ а б Мэйти А.Н., Ке С. (октябрь 2013 г.). «5-фторолизин в качестве альтернативного субстрата лизин-5,6-аминомутазы: компьютерное исследование». Вычислительная и теоретическая химия. 1022: 1–5. Дои:10.1016 / j.comptc.2013.08.007.
  10. ^ Чен Й, Мэйти А.Н., Фрей ПА, Ке С. (январь 2013 г.). «Механическое ингибирование выявляет переходы между двумя конформационными состояниями в действии лизин-5,6-аминомутазы: комбинация спектроскопии электронного парамагнитного резонанса, спектроскопии электронного ядерного двойного резонанса и исследования функциональной теории плотности». Журнал Американского химического общества. 135 (2): 788–794. Дои:10.1021 / ja309603a. PMID  23231091.
  11. ^ Беркович Ф., Бехшад Э., Тан К.Х., Эннс Э.А., Фрей П.А., Дреннан С.Л. (ноябрь 2004 г.). «Блокирующий механизм, предотвращающий радикальное повреждение в отсутствие субстрата, как показывает рентгеновская структура лизин 5,6-аминомутазы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 101 (45): 15870–5. Дои:10.1073 / pnas.0407074101. ЧВК  528771. PMID  15514022.
  12. ^ Ветмор С.Д., Смит Д.М., Радом Л. (сентябрь 2001 г.). «Ферментный катализ 1,2-амино-сдвигов: совместное действие B6, B12 и аминомутаз». Журнал Американского химического общества. 123 (36): 8678–89. Дои:10.1021 / ja010211j. PMID  11535072.
  13. ^ Мэйти А.Н., Ке СК (февраль 2015 г.). «4'-CyanoPLP представляет лучшие перспективы для экспериментального обнаружения неуловимого циклического промежуточного радикала в реакции лизин-5,6-аминомутазы». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 457 (2): 161–4. Дои:10.1016 / j.bbrc.2014.12.076. PMID  25542154.
  14. ^ Мэйти А.Н., Лин Х., Чанг Х., Ло Х., Ке С. (май 2015 г.). «Реакция пиридоксаль-5'-фосфат-N-оксида с лизин-5,6-аминомутазой: гибкость фермента по отношению к аналогу кофактора». Катализ ACS. 5 (5): 3093–3099. Дои:10.1021 / acscatal.5b00671.
Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и ИнтерПро: IPR015130