Оксидаза D-аминокислот - D-amino acid oxidase

Оксидаза D-аминокислот
Кристаллическая структура RgDAAO (PDB code 1c0p) .png
Трехмерная структура DAAO из дрожжей (мономер)
Идентификаторы
ЕС нет. 1.4.3.3
№ CAS 9000-88-8
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
Оксидаза D-аминокислот
Идентификаторы
Условное обозначение ДАО (DAAO)
Ген NCBI 1610
HGNC 2671
OMIM 124050
RefSeq NM_001917
UniProt P14920
Прочие данные
Номер ЕС 1.4.3.3
Locus Chr. 12 q24

Оксидаза D-аминокислот ( DAAO ; также OXDA, DAMOX) - это фермент, выполняющий функцию на молекулярном уровне окисления D-аминокислот до соответствующих α-кетокислот с образованием аммиака и перекиси водорода . Это приводит к ряду физиологических эффектов в различных системах, в первую очередь в головном мозге. Фермент наиболее активен в отношении нейтральных D-аминокислот и не активен в отношении кислых D-аминокислот. Одной из наиболее важных мишеней для млекопитающих является D-серин в центральной нервной системе . Нацеливаясь на эту и другие D-аминокислоты у позвоночных , DAAO играет важную роль в детоксикации . Роль микроорганизмов немного другая: они расщепляют D-аминокислоты для выработки энергии.

DAAO экспрессируется в широком диапазоне видов от дрожжей до человека. Его нет в растениях или бактериях, которые вместо этого используют дегидрогеназу D-аминокислоты . DAAO у людей является геном предрасположенности-кандидата и вместе с G72 может играть роль в глутаматергических механизмах шизофрении . DAAO также играет важную роль как в биотехнологических, так и в медицинских достижениях. Рисперидон и бензоат натрия являются ингибиторами DAAO.

Оксидаза D-аминокислоты отличается от диаминоксидазы, которую иногда называют DAO .

История

В 1935 году Ганс Адольф Кребс открыл оксидазу D-аминокислот после эксперимента с гомогенатами и аминокислотами почек свиней . Вскоре после этого Варбург и Кристиан обнаружили, что у оксидазы есть кофактор FAD, что делает ее вторым открытым флавоэнзимом . В последующие годы другие ученые разработали и улучшили процедуру очистки оксидазы D-аминокислот свиньи.

В 1983 году были открыты ингибиторы оксидазы. В 2006 году была опубликована трехмерная структура оксидазы. В настоящее время изучается связь между активностью оксидазы D-аминокислот человека (hDAAO) и шизофренией.

Структура и свойства

прямое соединение hDAAO

Хотя оксидаза D-аминокислот в некоторых организмах различается , структура в основном одинакова у большинства эукариот , за исключением растений. Этот фермент представляет собой флавопротеин, принадлежащий к семейству FAD-зависимых оксидоредуктаз , и действует на группу CH-NH 2 доноров D-аминокислот с кислородом в качестве акцептора. Он также считается пероксисомальным ферментом, содержащим ФАД в качестве кофактора. Каждый ДАО мономер имеет FAD - связывающий домен (FBD) , содержащий Rossmann раз , и субстрат домен -связывающих (SBD) , который также образует интерфейс с другим мономером в белке. DAO существует в виде димера , причем каждый мономер содержит как FBD, так и SBD. Каждый мономер состоит из 347 аминокислот в DAO человека, хотя среди других эукариот белок может иметь длину от 345 до 368 аминокислот. В DAO человека два мономера связаны между собой лицом к лицу. DAO других организмов, таких как дрожжи, может присутствовать в виде димеров «голова к хвосту». Ген hDAAO находится на хромосоме 12 и содержит 11 экзонов.

DAO способен быстро восстанавливать кислород, а при восстановлении может стабилизировать анионный красный семихинон и способен образовывать ковалентную связь с сульфитами . Все это типичные свойства, связанные с флавопротеинами . DAAO человека имеет свойства, немного отличающиеся от других молекул DAAO, включая более слабую способность связывать FAD и пониженную скорость реакции для некоторых молекул, таких как флавин .

Действия в мозгу

DAO действует в головном мозге, окисляя специфические D-аминокислоты, используя область FAD (область флавинадениндинуклеотида) и, как принято считать, вырабатывается в заднем мозге , хотя есть новые доказательства экспрессии DAO также и в переднем мозге . DAO, присутствующая в переднем мозге, кажется неактивной, однако вызывает предположения о функции DAO в переднем мозге, а не в заднем мозге, где эта функция более известна. Консенсус состоит в том, что DAO продуцируется и активен в глиальных клетках, особенно в астроцитах мозжечка типа 1 и типа 2, а аминокислота D-серин, которая продуцируется DAO в этих клетках, как было показано, увеличивает синаптический рецептор NMDA. деятельность.

Влияние на шизофрению

Имеются данные, свидетельствующие о том, что шизофрения как нервный феномен связана как с гипер-, так и с гипоглутаматергической функцией, опосредованной рецепторами NMDA. Дисфункция рецепторов NMDA и соответствующая гипоглутаматергическая передача сигналов вызывают чрезмерную стимуляцию инотропных рецепторов и приводят к эксайтотоксичности.

Шизофрения

Было показано, что снижение активности DAO приводит к увеличению активности NMDA в гипоталамусе . Ингибирование DAO приводит к увеличению уровней D-серина, который действует как агонисты NMDAR.

Исследование подтвердило повышенную активность NMDA и показало повышенную активность DAO в мозжечке у пациентов с шизофренией. Генетический фон участия DAO в шизофрении широко обсуждается, и не было обнаружено обязательных доказательств того, что гены DAO сильно связаны с шизофренией. Хотя ген G72, который, как сообщается, кодирует активатор оксидазы D-аминокислоты, может быть вовлечен в развитие шизофрении.

Регулирование

Белок фагота и pLG72 - известные в настоящее время белки, которые физически взаимодействуют и модулируют DAAO человека. plG72 является продуктом специфичного для приматов гена G72, и более высокие уровни обоих наблюдались у пациентов с шизофренией. Было обнаружено, что взаимодействие plG72 с hDAAO вызывает зависящую от времени инактивацию оксидазой. Считается, что это вызвано связыванием plG72, ограничивающим количество фермента, который является каталитически компетентным, и может нейтрализоваться кофактором или любыми лигандами активного центра. Структура plG72 полностью не определена, поэтому конкретное физическое взаимодействие с hDAAO также полностью не изучено. Эксперименты с белком бассона и hDAAO привели к снижению ферментативной активности, аналогичному plG72. Исследователи подозревают, что белок фагота предотвращает истощение D-серина, особенно в пресинаптическом нейроне.

Кроме того, исследователи сосредоточились на соединениях, которые могут действовать как ингибиторы hDAAO. Было обнаружено, что in vitro / in vivo более 500 различных соединений действуют как ингибиторы оксидазы, и большинство из них действуют путем конкурентного ингибирования . Все эти соединения имеют две одинаковые основные части. Первая часть - это планарная часть, которая взаимодействует с активным сайтом hDAAO. Химическая структура плоского сайта образована одним или двумя конденсированными кольцами и должна иметь отрицательно заряженную карбоксильную группу. Вторая часть - это цепь субстрата , которая может участвовать в активной зоне или входе фермента. Кроме того, различные соединения делятся на несколько категорий (классические, новые, второе поколение, третье поколение) в зависимости от химической структуры. Примером соединения является бензоат , который является классическим ингибитором. Карбоксильная группа бензоата взаимодействует с Arg238, а ароматическая группа взаимодействует с Tyr224 в активной зоне оксидазы.

Приложения

Биотехнологии

Синтез цефалоспоринов

Оксидаза D-аминокислот используется в биотехнологии в первую очередь для производства антибиотиков, называемых цефалоспоринами . Использование оксидазы D-аминокислот для создания антибиотиков - это запатентованное производство антибиотиков, начатое в 1970 году. Первоначально оксидаза D-аминокислоты, используемая в этом процессе, была взята из почек свиньи и получила название pkDAAO. PkDAAO очень нестабилен в процессах синтеза антибиотиков и поэтому дает низкий выход антибиотиков. В результате продолжающихся исследований была обнаружена более успешная форма оксидазы D-аминокислот из вида дрожжей, названного Rhodotorula gracilis, и поэтому была названа RgDAAO. RgDAAO теперь используется в качестве первичной оксидазы D-аминокислот, используемой в цефалоспориновых антибиотиках, потому что иммобилизация на коммерческих ионообменных смолах создает более стабильную систему, которая дает гораздо более высокие количества антибиотиков.

Биосенсор D-аминокислоты

Оксидаза D-аминокислот реагирует на D-аминокислоты и может использоваться для определения количества D-аминокислот в пищевых продуктах, чтобы действовать как биосенсор . Это важно из-за влияния D-аминокислот в D-изомере или множественных энантиомерах, присутствующих в пище, на питательную ценность. Чем больше D-изомеров или нескольких энантиомеров присутствует в пище, тем ниже пищевая ценность продукта, поэтому использование оксидазы D-аминокислоты для их обнаружения позволяет расширить выбор питательно ценных продуктов. Нет никаких доказательств того, что D-аминокислоты токсичны, но это вызывает множество возможных опасений, являются ли некоторые продукты токсичными.

Медицинское

Лечение рака

RgDAAO используется в процессе, называемом генно-направленной ферментной пролекарственной терапией (GDEPT), для лечения опухолей у онкологических больных. Эта обработка использует RgDAAO в качестве фермента и D-аланин в качестве субстрата для создания активных форм кислорода H2O2 в качестве продукта. H2O2 проникает через опухолевые клетки и повреждает биополимеры . Повреждение, нанесенное H2O2, создает цитотоксический метаболит из нетоксичного пролекарства в опухолевых клетках, который затем создает токсичное вещество только в этих клетках. Этот процесс полезен для больных раком, потому что это лечение токсично только для опухолевых клеток, в то время как химиотерапия токсична для всех клеток в организме пациента. Оксидаза D-аминокислоты также играет роль в производстве 4-метилтио-2-оксомасляной кислоты (MTOBA), которая используется в качестве противоракового препарата, который вызывает апоптоз раковых клеток.

Лечебные процедуры

Оксидаза D-аминокислот используется в терапевтических методах лечения, таких как регуляция гормонов, регуляция гипертонии , лечение шизофрении, лечение психических и когнитивных расстройств и возможное уменьшение боли. Изменение количества переносчиков оксидазы D-аминокислот с помощью лекарств оказывает терапевтическое воздействие на шизофрению. Оксидаза D-аминокислот регулирует D-аспартат, который регулирует секрецию мелатонина , пролактина , тестостерона , лютеинизирующего гормона и гормона роста . Регулируя оксидазу D-аминокислот, D-аспартат также может регулироваться и контролировать секрецию гормона. Повышенная активность оксидазы D-аминокислот коррелирует с психическими и когнитивными расстройствами, поэтому снижение оксидазы D-аминокислот может оказывать терапевтическое воздействие на эти расстройства. Оксидаза D-аминокислоты помогает производить L-6-гидроксинорлейцин, который затем генерирует омапатрилат . Омапатрилат подавляет ангиотензинпревращающий фермент и нейтральную эндопептидазу и эффективно снижает артериальную гипертензию. Оксидаза D-аминокислот также может оказывать влияние на болевые раздражители, но это еще не подтверждено.

Смотрите также

внешние ссылки

использованная литература