Гомосериндегидрогеназа - Википедия - Homoserine dehydrogenase

Гомосерин дегидрогеназа
PDB 1ebu EBI.jpg
Комплекс гомосериндегидрогеназы с НАД+ аналог и L-гомосерин.
Идентификаторы
СимволHomoserine_dh
PfamPF00742
ИнтерПроIPR001342
PROSITEPDOC00800
SCOP21ebu / Объем / СУПФАМ
Гомосерин дегидрогеназа
Идентификаторы
Номер ЕС1.1.1.3
Количество CAS9028-13-1
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

В энзимология, а гомосериндегидрогеназа (EC 1.1.1.3 ) является фермент который катализирует в химическая реакция

L-гомосерин + НАД (П)+ L-аспартат 4-полуальдегид + NAD (P) H + H+

2 субстраты этого фермента L-гомосерин и НАД+ (или же НАДФ+ ), а его 3 товары L-аспартат 4-полуальдегид, НАДН (или же НАДФН ), и ЧАС+.

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктазы, особенно те, которые действуют на группу донора CH-OH с NAD+ или НАДФ+ как акцептор. В систематическое название этого класса ферментов L-гомосерин: НАД (П)+ оксидоредуктаза. Другие широко используемые имена включают HSDH, и HSD.

Гомосерин дегидрогеназа катализирует третий шаг в аспартат путь; в НАД (P) -зависимый снижение бета-полуальдегида аспартата в гомосерин.[1][2] Гомосерин является промежуточным звеном в биосинтез из треонин, изолейцин, и метионин.[3]

Структура фермента

Фермент можно найти в монофункциональной форме, в некоторых бактерии и дрожжи. Структурные анализ дрожжи монофункциональный фермент указывает на то, что фермент является димер состоит из трех отдельных регионов; N-концевой нуклеотид-связывающий домен, короткая центральная область димеризации и C-концевой каталитический домен.[4] N-концевой домен образует модифицированный Россманн фолд, в то время как каталитический домен образует новый смешанный альфа-бета лист.

Фермент также можно найти в бифункциональной форме, состоящей из N-концевой аспартокиназа домен и C-терминал домен гомосериндегидрогеназы, как обнаружено в бактерии Такие как кишечная палочка И в растения.[5]

Бифункциональный фермент аспартокиназа-гомосериндегидрогеназа (AK-HSD) обладает регуляторным домен который состоит из двух поддоменов с общим петля -альфа-спираль -петля-бета-прядь петля-бета-мотив цепи. Каждый субдомен содержит Домен ACT что позволяет комплексно регулировать несколько различных функций белка.[5] Ген AK-HSD кодирует аспартаткиназу, промежуточный домен (кодирующий линкерную область между двумя ферментами в бифункциональной форме) и, наконец, кодирующую последовательность для гомосериндегидрогеназы.[6][7]

На конец 2007 г. 4 структуры были решены для этого класса ферментов, с PDB коды доступа 1EBF, 1EBU, 1Q7G, и 1TVE.

Ферментный механизм

Рисунок 1. Предполагаемый механизм реакции переноса гидрида, катализируемый гомосериндегидрогеназой и NAD (P) H.
Фигура 2. Карикатурное изображение активного центра гомосериндегидрогеназы (PBD 1EBU ).

Гомосериндегидрогеназа катализирует реакцию полуальдегида аспартата (ASA) на гомосерин. Общая реакция снижает C4 карбоновая кислота функциональная группа ASA в первичный спирт и окисляет C1 альдегид до карбоновой кислоты. Остатки Glu 208 и Lys Считается, что 117 участвуют в активном каталитическом центре фермента. Asp 214 и Lys 223, как было показано, важны для переноса гидрида в катализируемой реакции.[4]

Когда-то C4 карбоновая кислота является уменьшенный для альдегид а альдегид C1 представляет собой окисленный к карбоновой кислоте, эксперименты показывают, что Asp 219, Glu 208 и молекула воды связывают ASA в активный сайт в то время как Lys 223 жертвует протон к аспартат-полуальдегидному кислороду C4. Гомосериндегидрогеназа имеет НАД (P) H кофактор, который затем жертвует водород к тому же углероду, эффективно сокращение альдегид к алкоголь.[4] (См. Рисунки 1 и 2).

Однако точный механизм полного катализа гомосериндегидрогеназы остается неизвестным.[4]

Постулируется, что реакция, катализируемая гомосериндегидрогеназой, протекает через би-би кинетический Механизм, при котором кофактор NAD (P) H первым связывает фермент и последним отделяется от фермента после завершения реакции.[6][8] Кроме того, хотя и НАДН, и НАДФН являются подходящими кофакторами для реакции, НАДН является предпочтительным. В Kм реакции в четыре раза меньше с НАДН и KКот/ Км в три раза больше, что указывает на более эффективную реакцию.[9]

Гомосериндегидрогеназа также демонстрирует кинетика на субстратных уровнях субстрата. Кроме того, переменная кинетика гомосериндегидрогеназы является артефактом более быстрой диссоциации аминокислота субстрат из ферментного комплекса по сравнению с кофактор диссоциация.[8][10]

Биологическая функция

В аспартат метаболический путь участвует как в хранении аспарагин и в синтезе аспартат-семейства аминокислоты.[11] Гомосериндегидрогеназа катализирует промежуточный этап в этом азот и углерод путь хранения и использования.[12] (См. Рисунок 3).

В фотосинтезирующих организмах глутамин, глутамат, и аспартат накапливаются в течение дня и используются для синтеза других аминокислот. Ночью аспартат превращается в аспарагин для хранения.[12] Кроме того, аспартаткиназа-гомосериндегидрогеназа ген в первую очередь выразил в активно растущих молодых тканях растений, особенно в апикальный и боковые меристемы.[13]

У млекопитающих отсутствуют ферменты, участвующие в метаболическом пути аспартата, включая гомосериндегидрогеназу. В качестве лизин, треонин, метионин, и изолейцин сделаны на этом пути, они считаются незаменимые аминокислоты для млекопитающих.[6]

Биологическая регуляция

Рисунок 3. Гомосериндегидрогеназа - это фермент, участвующий в пути биосинтеза нескольких ключевых аминокислот. Он негативно регулируется треонином, и этот путь подлежит дополнительной регуляции.

Гомосериндегидрогеназа и аспартаткиназа оба подлежат значительному регулированию (см. рисунок 3). HSD ингибируется последующими продуктами метаболического пути аспартата, в основном треонин. Треонин действует как конкурентный ингибитор как для HSD, так и для аспартаткиназы.[14] У организмов, экспрессирующих AK-HSD, один из треонин участок связывания находится в линкерной области между AK и HSD, что предполагает потенциальную аллостерическое торможение обоих ферментов.[6]

Однако существуют некоторые устойчивые к треонину формы HSD, для ингибирования которых требуются концентрации треонина, намного превышающие физиологически присутствующие. Эти нечувствительные к треонину формы HSD используются в генно-инженерные растения увеличить оба треонин и метионин производство для более высокой пищевой ценности.[6]

Гомосериндегидрогеназа также подвержена транскрипционная регуляция. Его промоутер последовательность содержит цис-регуляторный элемент Последовательность TGACTC, которая, как известно, участвует в других аминокислотах биосинтетические пути. В Непрозрачный2 регулирующий элемент также участвует в регуляции гомосериндегидрогеназы, но его эффекты до сих пор не определены.[7]

На заводах также существует экологическое регулирование AK-HSD. экспрессия гена. Было продемонстрировано, что воздействие света увеличивает экспрессию гена AK-HSD, предположительно связанного с фотосинтез.[12][13]

Актуальность болезни

У людей наблюдалось значительное увеличение заболеваемости от патогенный грибы, поэтому разработка противогрибковых препаратов - важная биохимическая задача.[15] Поскольку гомосериндегидрогеназа содержится в основном в растениях, бактерии, и дрожжи, но не млекопитающие, это сильная мишень для противогрибковых разработка лекарств.[16] Недавно было обнаружено, что 5-гидрокси-4-оксонорвалин (HON) нацелен и подавлять Активность HSD безвозвратно. HON структурно подобен полуальдегиду аспартата, поэтому предполагается, что он служит конкурентный ингибитор для HSD. Аналогичным образом (S) 2-амино-4-оксо-5-гидроксипентановая кислота (RI-331), другая аминокислота аналог, также было показано, что ингибирует HSD.[16] Оба эти соединения эффективны против Криптококк neoformans и Cladosporium fulvum, среди прочего.[17]

Помимо аминокислотных аналогов, несколько фенольный было показано, что соединения ингибируют активность HSD. Как и HON и RI-331, эти молекулы конкурентные ингибиторы которые связываются с ферментом активный сайт. В частности, фенольный гидроксил группа взаимодействует с аминокислота сайт привязки.[15][18]

Рекомендации

  1. ^ Томас Д., Барби Р., Сурдин-Керян Ю. (июнь 1993 г.). «Эволюционные отношения между дрожжевыми и бактериальными гомосериндегидрогеназами». FEBS Lett. 323 (3): 289–93. Дои:10.1016/0014-5793(93)81359-8. PMID  8500624. S2CID  23964791.
  2. ^ Ками Б., Клепет С., Патте Дж. С. (1993). «Эволюционные сравнения трех ферментов пути биосинтеза треонина среди нескольких видов микробов». Биохимия. 75 (6): 487–95. Дои:10.1016/0300-9084(93)90115-9. PMID  8395899.
  3. ^ Феррейра Р.Р., Мейнхардт Л.В., Азеведо Р.А. (2006). «Биосинтез лизина и треонина в семенах сорго: характеристика изоферментов аспартаткиназы и гомосериндегидрогеназы». Анна. Appl. Биол. 149 (1): 77–86. Дои:10.1111 / j.1744-7348.2006.00074.x.
  4. ^ а б c d DeLaBarre B, Thompson PR, Wright GD, Berghuis AM (март 2000 г.). «Кристаллические структуры гомосериндегидрогеназы предполагают новый каталитический механизм оксидоредуктаз». Nat. Struct. Биол. 7 (3): 238–44. Дои:10.1038/73359. PMID  10700284. S2CID  26638309.
  5. ^ а б Paris S, Viemon C, Curien G, Dumas R (февраль 2003 г.). «Механизм контроля Arabidopsis thaliana Аспартаткиназа-гомосериндегидрогеназа под действием треонина ». J. Biol. Chem. 278 (7): 5361–5366. Дои:10.1074 / jbc.M207379200. PMID  12435751.
  6. ^ а б c d е Schroeder AC, Zhu C, Yanamadala SR, Cahoon RE, Arkus KAJ, Wachsstock L, Bleeke J, Krishnan HB, Jez JM (январь 2010 г.). «Треонин-нечувствительная гомосериндегидрогеназа из сои: геномная организация, кинетический механизм и активность in vivo». J. Biol. Chem. 285 (2): 827–834. Дои:10.1074 / jbc.M109.068882. ЧВК  2801284. PMID  19897476.
  7. ^ а б Ghislain M, Frankard V, Vandenbossche D, Matthews BF, Jacobs M (март 1994). «Молекулярный анализ гена аспартаткиназы-гомосериндегидрогеназы из Arabidopsis thaliana". Завод Мол. Биол. 24 (6): 835–851. Дои:10.1007 / bf00014439. PMID  8204822. S2CID  6183867.
  8. ^ а б Wedler FC, Ley BW, Shames SL, Rembish SJ, Kushmaul DL (март 1992 г.). "Предпочтительный порядок случайного кинетического механизма для гомосериндегидрогеназы кишечная палочка (Thr-чувствительная) аспартокиназа / гомосериндегидрогеназа-I: кинетика равновесного изотопного обмена ». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология. 1119 (3): 247–249. Дои:10.1016 / 0167-4838 (92) 90209-в. PMID  1547269.
  9. ^ Жак С.Л., Ниман С., Барейча Д., Бродхед Г., Кинах Р., Хонек Дж. Ф., Райт Г. Д. (январь 2001 г.). «Характеристика дрожжевой гомосериндегидрогеназы, противогрибковой мишени: инвариант гистидин 309 важен для целостности фермента». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология. 1544 (1–2): 28–41. Дои:10.1016 / S0167-4838 (00) 00203-X. PMID  11341914.
  10. ^ Ведлер ФК, Лей Б.В. (март 1993 г.). «Кинетические и регуляторные механизмы для кишечная палочка Гомосериндегидрогеназа-I: кинетика равновесного изотопного обмена ». J. Biol. Chem. 268 (1): 4880–4888. PMID  8444866.
  11. ^ Азеведо Р.А. (2002). «Анализ метаболического пути аспарагиновой кислоты с использованием мутантных генов». Аминокислоты. 22 (3): 217–230. Дои:10.1007 / s007260200010. PMID  12083066. S2CID  23327489.
  12. ^ а б c Чжу-Шимони Дж. Х, Галили Дж. (Март 1998 г.). "Выражение Арабидопсис аспартат Ген киназы / гомосериндегидрогеназы метаболически регулируется сигналами, связанными с фотосинтезом, но не азотистыми соединениями ». Физиология растений. 116 (3): 1023–1028. Дои:10.1104 / стр.116.3.1023. ЧВК  35071. PMID  9501134.
  13. ^ а б Чжу-Шимони Дж. Х, Лев-Ядун С., Мэтьюз Б., Калили С. (март 1997 г.). «Экспрессия гена аспартаткиназы гомосериндегидрогеназы является предметом специфической пространственной и временной регуляции в вегетативных тканях, цветках и развивающихся семенах». Физиология растений. 113 (3): 695–706. Дои:10.1104 / стр.113.3.695. ЧВК  158187. PMID  12223636.
  14. ^ Пак С.Д., Ли Дж.Й., Сим СИ, Ким И., Ли Х.С. (июль 2007 г.). "Характеристики производства метионина инженерной Коринебактерии глутамикум напряжение". Метаб. Англ.. 9 (4): 327–336. Дои:10.1016 / j.ymben.2007.05.001. PMID  17604670.
  15. ^ а б Барейх, округ Колумбия, Нацист I, Райт Г.Д. (октябрь 2003 г.). «Одновременный анализ in vitro первых четырех ферментов в грибковом аспартатном пути выявляет новый класс ингибиторов аспартаткиназы». Chem. Биол. 10 (10): 967–973. Дои:10.1016 / j.chembiol.2003.09.016. PMID  14583263.
  16. ^ а б Ямаки Х., Ямагути М., Цуруо Т., Ямагути Х. (май 1992 г.). «Механизм действия противогрибкового антибиотика, РИ-331, (S) 2-амино-4-оксо-5-гидроксипентановой кислоты; кинетика инактивации гомосериндегидрогеназы от Saccharomyces cerevisiae". J. Antibiot. (Токио). 45 (5): 750–755. Дои:10.7164 / антибиотики.45.750. PMID  1352515.
  17. ^ Жак С.Л., Мирза И.А., Эджим Л., Котева К., Хьюз Д.В., Грин К., Кинах Р., Хонек Дж.Ф., Лай Г.К., Бергюис А.М., Райт Г.Д. (октябрь 2003 г.). «Самоубийство с помощью ферментов: молекулярная основа противогрибковой активности 5-гидрокси-4-оксонорвалина путем сильного ингибирования гомосериндегидрогеназы». Chem. Биол. 10 (10): 989–995. Дои:10.1016 / j.chembiol.2003.09.015. PMID  14583265.
  18. ^ Эджим Л., Мирза И. А., Капоне С., Наци И., Дженкинс С., Чи Г. Л., Бергхуи А. М., Райт Г. Д. (июль 2004 г.). «Новые фенольные ингибиторы дрожжевой гомосериндегидрогеназы». Биоорг. Med. Chem. 12 (14): 3825–3830. Дои:10.1016 / j.bmc.2004.05.009. PMID  15210149.

дальнейшее чтение

  • Блэк С., Райт Н.Г. (1955). «Гомосериндегидрогеназа». J. Biol. Chem. 213 (1): 51–60. PMID  14353905.
  • Старнес В.Л., Мунк П., Мол С.Б., Каннингем Г.Н., Кокс DJ, Шайв В. (1972). «Треонин-чувствительный комплекс аспартокиназа-гомосериндегидрогеназа, аминокислотный состав, молекулярная масса и субъединичный состав комплекса». Биохимия. 11 (5): 677–87. Дои:10.1021 / bi00755a003. PMID  4551091.
  • Верон М., Фалькоз-Келли Ф, Коэн Г. Н. (1972). "Треонин-чувствительная гомосериндегидрогеназа и активность аспартокиназы кишечная палочка K12. Две каталитические активности осуществляются двумя независимыми участками полипептидной цепи ». Евро. J. Biochem. 28 (4): 520–7. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1972.tb01939.x. PMID  4562990.
Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и ИнтерПро: IPR001342