Difosfataza ADP-rybozy

Identyfikatory
difosfatazy ADP-rybozy
nr WE	3.6.1.13
nr CAS	9024-83-3
Bazy danych
IntEnz	Widok IntEnz
BRENDA	Wpis BRENDY
ExPASy	Widok NiceZyme
KEGG	Wpis KEGG
MetaCyc	szlak metaboliczny
PRYM	profil
Struktury PDB	RCSB PDB PDBe PDB suma
Ontologia genów	AmiGO / QuickGO
Szukaj PKW artykuły PubMed artykuły NCBI białka

Difosfataza ADP-rybozy ( EC 3.6.1.13 ) jest enzymem , który katalizuje reakcję hydrolizy, w której woda nukleofilowo atakuje ADP-rybozę, tworząc AMP i 5-fosforan D-rybozy. Hydroliza enzymatyczna zachodzi przez rozerwanie wiązania fosfobezwodnika i jest zależna od jonów Mg ²⁺ , które są utrzymywane w kompleksie przez enzym.

To pokazuje pełny enzym z ADP-rybozą związaną w kieszeni miejsca aktywnego. Niebieskie i czerwone obszary na powierzchni reprezentują reszty polarne, które pomagają w tworzeniu aktywnej kieszeni miejsca. [1] Od .

C -końcowa domena difosfatazy ADP-rybozy zawiera sekwencję Nudix , wysoce konserwatywną sekwencję aminokwasową, która występuje w ponad 450 przypuszczalnych białkach około 90 różnych gatunków. Część tej sekwencji znana jako Nudix jest częścią katalityczną sekwencji. Jest to strukturalnie konserwowany motyw pętla-helisa-pętla, który tworzy rusztowanie dla wiązania metalu i chemii pirofosfatazy w enzymie.

Hydrolazy ADP-rybozy na ogół działają jako środki ochronne przed nadmiernym wewnątrzkomórkowym gromadzeniem się ADP-rybozy, ponieważ wysokie poziomy ADP-rybozy w komórkach mogą uszkadzać komórkę. W szczególności difosfataza ADP-rybozy hydrolizuje ADP-rybozę do AMP i 5-fosforanu D-rybozy, z których oba są produktami pośrednimi centralnych szlaków metabolicznych i dlatego można je łatwo ponownie wykorzystać.

Inne popularne nazwy difosfatazy ADP-rybozy obejmują pirofosfatazę ADP-rybozy i ADPRazę. ADP-ryboza jest powszechnie określana jako ADPR.

Struktura

Pokazuje to, w jaki sposób wiązania H i Mg2 ⁺ koordynują i utrzymują substrat AMPCPR (analog ADP-rybozy) w kompleksie z enzymem. Pokazano aminokwasy w miejscu aktywnym, a także dwie ważne cząsteczki wody w miejscu aktywnym. [2] Od .

ADPRaza jest dimerem dwóch identycznych monomerów, z których każdy zawiera 209 aminokwasów. Dwa monomery są złożone w dwie odrębne domeny strukturalne i dwa równoważne miejsca katalityczne. Domena C-końcowa składa się ze wspomnianej powyżej sekwencji Nudix, a domena N-końcowa jest głównie zaangażowana w stabilizację dimeru. Jak wspomniano wcześniej, fałd Nudix jest katalityczną częścią enzymu, ale obie domeny są zaangażowane w miejsce aktywne i obie pomagają w przyłączaniu i koordynacji H2O, Mg2+ _i substratu ^ADP -rybozy.

To pokazuje, jak dwa Mg ²⁺ koordynują atakującą cząsteczkę wody i jak trzeci Mg ²⁺ łączy dwa fosforany na ADP-rybozie. Odległości między Mg ²⁺ a podłożem podano w angstremach. Pokazano również wiązania H z katalitycznym glutaminianem. [3] Od .

Zdjęcie obok pokazuje miejsce aktywne ADPRazy w kompleksie z AMPCPR i Mg2 ⁺ . AMPCPR jest nieulegającym hydrolizie analogiem ADP-rybozy, a zatem działa jako inhibitor ADPRazy. Poniższy rysunek pokazuje pierwszy i drugi jon Mg ²⁺ , które służą do koordynowania atakującej cząsteczki wody, tak aby była idealnie zgodna z wiązaniem rozszczepialnym (wiązanie OPO ma 177 stopni) i gotowa do ataku. Łańcuch glutaminianu (E162) zdeprotonuje cząsteczkę wody, a następnie jon wodorotlenkowy zaatakuje nukleofilowo. Dzieje się tak, gdy cząsteczka wody znajduje się w odległości 3,0 angstremów od cząsteczki fosforu, którą atakuje. Stosując H ₂ O ¹⁸ stwierdzono, że cząsteczka wody atakuje fosforan adenozylu. Ten dowód obala poprzednie badanie, które sugerowało, że hydroliza ADP-rybozy może przebiegać przez atak nukleofilowy na alfa- lub beta-fosforan (Gabelli, et al. 2001). Po ataku cząsteczki wody powstaje związek pośredni, a następnie rybozo-5-fosforan zostaje wyrzucony jako grupa opuszczająca. Trzecie miejsce aktywne jon Mg ²⁺ służy do stabilizowania ładunku ujemnego opuszczanej grupy fosforanowej, dzięki czemu znajduje się idealnie pomiędzy dwoma fosforanami.

Kiedy substrat jest związany, struktura enzymu różni się kształtem. Po związaniu substratu, Pętla L9 przesuwa się o 10 angstremów ze swojej pierwotnej pozycji w wolnym enzymie, co tworzy ciaśniejszy obrót i przenosi E162 do pozycji katalitycznej, co oznacza, że ​​enzym ten przechodzi cyklicznie między otwartym (wolny enzym) a zamkniętym (substrat-metal złożona) konformacja. Jest to ważne, ponieważ zapobiega niespecyficznej hydrolizie innych nukleotydów. ADPRaza jest wysoce specyficzna dla ADPR, ponieważ wykazano, że jej Km _dla ADPR jest co najmniej o dwa rzędy wielkości niższe niż dla innych nukleotydów cukrowych.

Mechanizm

Hydroliza ADPR jest katalizowana przez E162, który poprawia nukleofilowość cząsteczki wody w miejscu aktywnym poprzez jej deprotonowanie. Ta woda jest utrzymywana idealnie w jednej linii z wiązaniem rozszczepialnym przez pierwszy i drugi jon magnezu. Następnie jon wodorotlenkowy atakuje atom fosforu na fosforanie adenozylu, tworząc trygonalny bypiramidowy związek pośredni z ujemnie naładowanym tlenem przyłączonym do fosforanu adenozylu. Podwójne wiązanie jest następnie odnawiane, skutecznie uwalniając rybozo-5-fosforan jako grupę opuszczającą. Trzeci Mg ²⁺ służy do stabilizacji ładunku ujemnego na grupie opuszczającej.

Funkcje enzymów

ADP-ryboza jest związkiem pośrednim, który jest wytwarzany podczas metabolizmu NAD+ , jedno- lub wielonienasyconych białek oraz cyklicznej ADP-rybozy . ADP-ryboza jest czynnikiem glikującym białka, a nadmiar ADP-rybozy w komórce może powodować nieenzymatyczną rybozylację ADP. Nieenzymatyczna rybozylacja ADP może inaktywować cele białkowe, które zawierają miejsca wiążące nukleotydy, gdy wiąże się z nimi ugrupowanie adenylanowe ADP-rybozy, a także może zakłócać regulację metaboliczną, która zachodzi poprzez enzymatyczną rybozylację ADP . Na przykład polimeryzacja aktyny jest hamowana przez nieenzymatyczną ADP-rybozylację reszty Cys . Tak więc uważa się, że ADPRaza działa ogólnie jako enzym oczyszczający dom w celu wyeliminowania potencjalnie szkodliwej ADP-rybozy z komórki.

W literaturze odtruwająca rola ADPRazy jest bezpośrednio potwierdzona w komórkach E. coli . Ale w komórkach ssaków istnieją tylko pośrednie dowody łączące ADPRazę z rolą detoksykującą, a pochodzi to z badań bardzo specyficznej ADPRibase-I wątroby szczura przez czynniki cytotoksyczne.