D-октопиндегидрогеназа - Википедия - D-octopine dehydrogenase

D-октопиндегидрогеназа
Идентификаторы
Номер ЕС1.5.1.11
Количество CAS37256-27-2
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Октопиндегидрогеназа (N2- (D-1-карбоксиэтил) -L-аргинин: НАД + оксидоредуктаза, OcDH, ODH) это дегидрогеназа фермент из семейства опиндегидрогеназ, который помогает поддерживать окислительно-восстановительный баланс в анаэробных условиях. Он в основном встречается у водных беспозвоночных, особенно у моллюсков, сипункулид и кишечнополостных,[1] и играет роль, аналогичную лактатдегидрогеназе (в основном обнаруживается у позвоночных)[2]. В присутствии НАДН, OcDH катализирует восстановительную конденсацию α-кетокислоты с аминокислота с образованием N-карбоксиалкиламинокислоты (высказывает мнение ).[1] Целью этой реакции является повторное окисление гликолитически образованного НАДН в NAD +, пополняя этот важный восстановитель используется в гликолиз и позволяя продолжать производство АТФ в отсутствие кислорода.[3][4]

L-аргинин + пируват + НАДН + H+ D-октопин + НАД+ + H2О

Структура

OcDH - мономер с молекулярной массой 38 кДа.[5] состоит из двух функционально различных субъединиц. Первый, Домен I, состоит из 199 аминокислот и содержит Россманн фолд.[6] Домен II состоит из 204 аминокислот и соединен со складкой Россмана домена I своим N-концом.[7]

Механизм

Изотермическая калориметрия титрования (ITR),[3] ядерный магнитный резонанс (ЯМР)[8]кристаллография,[6][8] и клональные исследования[1][6] OcDH и его субстратов привели к идентификации механизма ферментативной реакции. Во-первых, складка Россмана в домене I OcDH связывает NADH.[6] Связывание НАДН с Россманн фолд вызывает небольшие конформационные изменения, характерные для связывания НАДН с большинством дегидрогеназ[9] в результате взаимодействия между пирофосфат фрагмент НАДН с остатком Arg324 в домене II. Это взаимодействие с Arg324 генерирует и стабилизирует сайт связывания L-аргинина.[8] и запускает частичное закрытие домена (уменьшение расстояния между двумя доменами).[6] Связывание гуанидиновой головной группы L-аргинина с активным сайтом комплекса OcDH: NADH (расположенного между доменами) вызывает вращательное движение домена II к домену I (через структуру спираль-петля-спираль в домене II).[8] Это конформационное изменение формирует сайт связывания пирувата. Связывание пирувата с комплексом OcDH: NADH: L-аргинин помещает альфа-кетогруппу пирувата в непосредственной близости с альфа-аминогруппой L-аргинина. Сопоставление этих групп на подложках приводит к образованию База Шиффа который впоследствии восстанавливается до D-октопина.[6] Праймирование сайта пирувата для переноса гидрида через основание Шиффа посредством последовательного связывания NADH и L-аргинина с OcDH предотвращает восстановление пирувата до лактата.[8]

Специфичность субстрата

Октопиндегидрогеназа имеет по крайней мере две структурные характеристики, которые способствуют субстратной специфичности. При связывании с NADH аминокислотные остатки, выстилающие обе стороны от активного сайта в пространстве между доменами OcDH, действуют как «молекулярный правитель», физически ограничивая размер субстратов, которые могут поместиться в активный сайт.[6] Также имеется отрицательно заряженный карман в щели между двумя доменами, который действует как «электростатический сток», который захватывает положительно заряженную боковую цепь L-аргинина.[6]

Эволюция

Изучение скорости реакции OcDH у разных организмов в присутствии разных субстратов продемонстрировало тенденцию к увеличению специфичности субстратов у животных возрастающей сложности.[10] Эволюционная модификация субстратной специфичности наиболее резко проявляется в аминокислотном субстрате. Было показано, что OcDH некоторых морских анемонов может использовать не гуанидино-аминокислоты, тогда как OcDH, образующие более сложные беспозвоночные, такие как каракатицы, могут использовать только L-аргинин (гуанидиновая аминокислота).[10]

Рекомендации

  1. ^ а б c Мюллер А., Янссен Ф., Grieshaber MK (2007). «Предполагаемый механизм реакции гетерологично экспрессируемой октопиндегидрогеназы большого гребешка Pecten maximus (L)». Журнал FEBS. 274 (24): 6329–6339. Дои:10.1111 / j.1742-4658.2007.06151.x. PMID  18028427.
  2. ^ Филипп EE, Wessels W, Gruber H, Strahl J, Wagner AE, Ernst IM, Rimbach G, Kraemer L, Schreiber S, Abele D, Rosenstiel P (2012). «Экспрессия генов и физиологические изменения различных популяций долгоживущих двустворчатых моллюсков Arctica islandica в условиях низкого содержания кислорода». PLoS ONE. 7 (9): e44621. Дои:10.1371 / journal.pone.0044621. ЧВК  3446923. PMID  23028566.
  3. ^ а б ван Ос Н., Смитс С.Х., Шмитт Л., Grieshaber MK (2012). «Контроль образования D-октопина в приводящей мышце гребешка, выявленный в результате термодинамических исследований октопиндегидрогеназы». Журнал экспериментальной биологии. 215 (9): 1515–1522. Дои:10.1242 / jeb.069344. PMID  22496288.
  4. ^ Strahl J, Dringen R, Schmidt MM, Hardenberg S, Abele D (2011). «Метаболические и физиологические реакции тканей долгоживущего двустворчатого моллюска Arctica islandica на недостаток кислорода». Сравнительная биохимия и физиология A. 158 (4): 513–519. Дои:10.1016 / j.cbpa.2010.12.015. PMID  21184842.
  5. ^ Шримшер Дж. Л., Тейлор К. Б. (1984). «Октопиндегидрогеназа из Pecten maximus: стационарный механизм». Биохимия. 23 (7): 1348–53. Дои:10.1021 / bi00302a002. PMID  6722094.
  6. ^ а б c d е ж грамм час Смитс С.Х., Мюллер А., Шмитт Л., Grieshaber MK (2008). «Структурная основа для селективности субстрата и стереоселективности в октопиндегидрогеназе из Pecten maximus». Журнал молекулярной биологии. 381 (1): 200–211. Дои:10.1016 / j.jmb.2008.06.003. PMID  18599075.
  7. ^ Баштон М, Чотия С (2002). «Геометрия комбинации доменов в белках». Журнал молекулярной биологии. 315 (4): 927–939. Дои:10.1006 / jmbi.2001.5288. PMID  11812158.
  8. ^ а б c d е Смитс С.Х., Мейер Т., Мюллер А., Ван Ос Н., Штольдт М., Уиллболд Д., Шмитт Л., Грисхабер М.К. (2010). «Понимание механизма связывания лиганда с октопиндегидрогеназой из Pecten maximus с помощью ЯМР и кристаллографии». PLoS ONE. 5 (8): e12312. Дои:10.1371 / journal.pone.0012312. ЧВК  2924402. PMID  20808820.
  9. ^ Россманн М.Г., Морас Д., Олсен К.В. (1974). «Химическая и биологическая эволюция нуклеотид-связывающего белка». Природа. 250 (5463): 194–199. Дои:10.1038 / 250194a0. PMID  4368490.
  10. ^ а б Стори КБ, Стори П.Р. (1982). «Субстратные особенности октопиндегидрогеназ морских беспозвоночных». Сравнительная биохимия и физиология. 73B (3): 521–528.