Аргининосукцинатлиаза - Argininosuccinate lyase

Аргининосукцинатлиаза
Тетрамер ASLsmaller.png
Кристаллическая структура аргининосукцинатлиазы утки со связанным аргининосукцинатом.
Идентификаторы
ЕС нет. 4.3.2.1
№ CAS 9027-34-3
Базы данных
IntEnz Просмотр IntEnz
BRENDA BRENDA запись
ExPASy Просмотр NiceZyme
КЕГГ Запись в KEGG
MetaCyc метаболический путь
ПРИАМ профиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология Amigo / QuickGO
Аргининосукцинатлиаза
ASLMonomerwithdomains.png
Кристаллографическая структура мономера ASL человека с мечеными доменами.
Идентификаторы
Символ ASL
Ген NCBI 435
HGNC 746
OMIM 608310
RefSeq NM_000048
UniProt P04424
Прочие данные
Номер ЕС 4.3.2.1
Locus Chr. 7 птер-q22

ASL ( аргининосукцинатлиаза , также известная как аргининосукциназа ) - это фермент, который катализирует обратимое расщепление аргининосукцината (ASA) с образованием аминокислоты аргинина и фумарата дикарбоновой кислоты . ASL, расположенный в цитозоле печени, является четвертым ферментом цикла мочевины и участвует в биосинтезе аргинина у всех видов и производстве мочевины у уреотелевых видов. Мутации в ASL, приводящие к низкой активности фермента, повышают уровень мочевины в организме и приводят к различным побочным эффектам.

Ген ASL расположен на хромосоме 7 между центромерой (соединение длинного и короткого плеча) и длинным (q) плечом в позиции 11.2, от пары оснований 64 984 963 до пары оснований 65 002 090.

ASL относится к внутригенной комплементации .

Структура

ASL состоит из четырех идентичных мономеров; каждый мономер состоит из одной полипептидной цепи от 49 до 52 кДа, от 196 до 208 кДа для всего тетрамерного фермента. Каждый мономер имеет три высококонсервативных участка, удаленных друг от друга, но эти участки группируются вместе в тетрамере, образуя четыре активных центра. Следовательно, каждый гомотетрамер ASL имеет четыре активных центра, катализирующих распад аргининосукцината.

Каждый мономер в гомотетрамере ASL состоит из трех структурных доменов; все три в основном альфа-спиральные. Домены 1 и 3 похожи по структуре, поскольку оба они состоят из мотивов спираль-поворот-спираль. Домен 1 мономера содержит амино-конец. Домен 2 содержит один небольшой бета-лист, девять альфа-спиралей и карбоксильный конец. Три из девяти альфа-спиралей на одном мономере участвуют в основном в гидрофобных взаимодействиях с другим мономером с образованием димера. Затем два димера связываются посредством альфа-спирали, по одному от каждого мономера, с образованием центрального ядра из 20 спиралей. Объединение всех четырех мономеров обеспечивает каталитическую активность в каждом возможном активном центре.

Внутригенная комплементация

Множественные копии полипептида, кодируемого геном, часто могут образовывать агрегат, называемый мультимером. Когда мультимер формируется из полипептидов, продуцируемых двумя разными мутантными аллелями конкретного гена, смешанный мультимер может проявлять большую функциональную активность, чем несмешанные мультимеры, образованные каждым из мутантов по отдельности. Когда смешанный мультимер демонстрирует повышенную функциональность по сравнению с несмешанными мультимерами, это явление называется внутригенной комплементацией . У человека ASL представляет собой мультимерный (тетрамерный) белок. Нарушение ASL у людей может возникать в результате мутаций в гене ASL, особенно мутаций, которые влияют на активный сайт мутантного мультимерного белка. Расстройство ASL связано со значительной клинической и генетической гетерогенностью, которая, как считается, отражает обширную внутригенную комплементацию, имеющую место у отдельных пациентов.

Механизм

слайд 1
Предлагаемый механизм ASL
активный сайт
Аргининосукцинат (желтый) в активном сайте ASL

Расщепление ферментом аргининосукцината с образованием фумарата и аргинина происходит посредством реакции отщепления E1cb. Основание инициирует реакцию, депротонируя углерод, прилегающий к аргинину, или уходящую группу. Недавние мутагенные исследования гомологов ASL показали, что гистидин 162 или треонин 161 из ASL отвечает за отщепление протонов от Cβ прямо или косвенно через молекулу воды. Полагают, что лизин 289 стабилизирует отрицательно заряженный промежуточный карбанион. Хотя нет единого мнения о каталитической кислоте, которая отдает протон иминной функциональной группе аргининового продукта, некоторые исследования мутагенеза показывают, что в этом может участвовать серин 283.

Роль в цикле мочевины

Аммиак (NH 3 ) является токсичным веществом для многих аэробных организмов и должен выводиться из организма. Некоторые водные организмы выделяют токсин прямо в окружающую среду, в то время как другие уреотелические виды должны преобразовывать свои токсичные азотные отходы в нетоксичные компоненты, такие как мочевая кислота или мочевина, с помощью ряда катализируемых этапов, более известных как цикл мочевины. ASL катализирует четвертый этап цикла, следующий за действием аргининосукцинатсинтетазы (ASS) в цитозоле печени. В то время как ASS катализирует образование аргининосукцината из цитруллина и аспартата, ASL расщепляет вновь образованный аргининосукцинат на L-аргинин и фумарат. L-аргинин продолжает цикл мочевины с образованием мочевины и орнитина, в то время как фумарат может войти в цикл лимонной кислоты.

δ-кристаллин

ASL, δ- кристаллин , фумараза класса II, аспартаза, аденилосукциназалиаза и 3-карбокси-цис- и цис-муконат-лактонизирующие ферменты являются членами одного гомотетрамерного суперсемейства ферментов, в которых большинство из них катализируют реакции элиминации одного и того же типа, где Связь CO или CN разрывается, и фумарат выделяется в виде продукта. δ-кристаллины являются основными структурными водорастворимыми белками хрусталика глаза большинства птиц, рептилий и некоторых других позвоночных.

Внутри суперсемейства ASL наиболее близко родственен δ-кристаллину по аминокислотной последовательности и складчатой ​​структуре белка. Есть две изоформы δ-кристаллина, δI и δII. Эти две изоформы сохраняют 69% и 71% аминокислотной последовательности ASL, соответственно, но только изоформа δII сохраняет ту же ферментативную активность, что и ASL. Сходство привело исследователей к мысли, что эти кристаллины эволюционировали от привлечения к линзе уже существующих метаболических ферментов, таких как ASL, в результате процесса, называемого «совместное использование генов». Один и тот же генный продукт действует как кристаллин хрусталика и как фермент в других неокулярных тканях. Сравнительные исследования δ-кристаллинов были полезны для понимания ферментативного механизма реакции ASL.

Мутации и дефицит ASL: аргинино-янтарная ацидурия

Мутации в гене ASL человека вызывают аргинино-янтарную ацидурию, редкое аутосомно-рецессивное заболевание, и приводят к нарушениям цикла мочевины. Аргининосукцинатлиаза является промежуточным ферментом в пути синтеза мочевины, и его функция необходима для продолжения цикла. Неработающий фермент приводит к накоплению у пациентов аммиака, аргининосукцината и цитруллина в крови, а аргининосукцинат выводится с мочой. Другие результирующие симптомы включают в себя летаргию, рвоту, переохлаждение, гипервентиляцию, гепатомегалию и прогрессирующую энцефалопатию у пациентов грудного возраста, а также аномальный рост волос, фиброз печени, эпизодическую рвоту, задержку роста и развития у пациентов, которые позже страдают этим заболеванием в детстве.

ASL - ключевой фермент в превращении аммиака в мочевину в цикле мочевины. Уровень аммиака становится токсичным, что приводит к гипераммониемии. Аммиак токсичен отчасти потому, что влияет на нервную систему. Существуют биохимические данные, свидетельствующие о том, что повышение уровня аммиака может ингибировать глутаминазу и, следовательно, ограничивать скорость синтеза нейромедиаторов, таких как глутамат, что может объяснить задержку развития у пациентов с аргинино-янтарной ацидурией.

Одна мутация у пациентов с аргинино-янтарной ацидурией возникает, когда глутамин 286 превращается в аргинин. Фермент теперь имеет положительно заряженный аргинин вместо нейтрально заряженного глутамина, и исследования показывают, что это изменение может стерически и / или электростатически препятствовать конформационным изменениям, необходимым для катализа.

использованная литература

внешние ссылки