Cyklaza diguanylanowa
| cyklaza diguanylanowa | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktura krystaliczna cyklazy diguanylanowej PleD w kompleksie z c-di-GMP z Caulobacter crescentus ; renderowanie na podstawie <a i=6>identyfikatorów
| |||||||||
| Identifiers | |||||||||
| nr WE | 2.7.7.65 | ||||||||
| nr CAS | 146316-82-7 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
W enzymologii cyklaza diguanylanowa , znana również jako kinaza diguanylanowa ( EC 2.7.7.65 ), jest enzymem , który katalizuje reakcję chemiczną :
2 trifosforan guanozyny ↔ 2 difosforan + cykliczny di-3',5'-guanylan
Substratami cyklaz diguanylanowych (DGC) są dwie cząsteczki trójfosforanu guanozyny (GTP), a produktami są dwie cząsteczki difosforanu i jedna cząsteczka cyklicznego di-3',5'-guanylanu ( cykliczny di-GMP ) .
Degradacja cyklicznego di-GMP do monofosforanu guanozyny (GMP) jest katalizowana przez fosfodiesterazę (PDE).
Struktura
Cyklazy diguanylanowe charakteryzują się konserwatywnymi motywami sekwencji aminokwasów „ GGDEF ” ( Gly -Gly- Asp - Glu - Phe ) lub „GGEEF” (Gly-Gly-Glu-Glu-Phe), które stanowią domenę miejsca aktywnego DGC . Domeny te są często łączone z innymi domenami sygnalizacyjnymi w obrębie białek wielodomenowych . Często domeny GGDEF o aktywności DGC znajdują się w tych samych białkach, co domeny fosfodiesterazy specyficznej dla c-di-GMP (PDE) EAL (Glu- Ala - Leu ).
Uważa się, że DGC jest aktywny tylko jako dimer składający się z dwóch podjednostek , obie z domenami GGDEF. Miejsce aktywne (lub katalityczne) znajduje się na styku dwóch podjednostek, z których każda wiąże jedną cząsteczkę GTP. (Zobacz sekcję Mechanizm aktywacji i Regulacja, aby uzyskać więcej informacji)
Słabe podobieństwo sekwencji i wyraźne podobieństwo struktury drugorzędowej między domenami GGDEF i domenami katalitycznymi cyklaz adenylanowych (AC) doprowadziło do hipotezy, że DGC i AC mają podobny fałd. Zostało to zweryfikowane z rozdzielczością struktury krystalicznej DGC PleD z Caulobacter crescentus w kompleksie z c-di-GMP. Jak pokazano na rysunku, aktywny PleD, pokazany jako dimer, składa się z domeny katalitycznej DCG (oznaczonej jako DGC) i dwóch domen odbiorczych podobnych do CheY (oznaczonych jako D1/D2). Domena DGC każdej podjednostki jest połączona z dwiema domenami podobnymi do CheY za pomocą elastycznego łańcucha peptydowego. Domena DCG bardzo przypomina domenę rdzenia katalitycznego AC, który składa się z pięcioniciowego arkusza β otoczonego helisami .
Do połowy 2011 roku rozwiązano 11 struktur krystalicznych potwierdzonych lub domniemanych DGC, z kodami dostępu PDB , , , , , , i .
Funkcja biologiczna
Cyklaza diguanylanowa uczestniczy w tworzeniu wszechobecnego drugiego przekaźnika , cyklicznego di-GMP, zaangażowanego w tworzenie i utrzymywanie się biofilmu bakteryjnego . Domena GGDEF została po raz pierwszy zidentyfikowana w białku regulatorowym PleD bakterii Caulobacter crescentus . Później zauważono, że liczne genomy bakteryjne kodowały wiele białek z domeną GGDEF. Pseudomonas aeruginosa PAO1 ma 33 białka z domenami GGDEF, Escherichia coli K-12 ma 19, a Vibrio cholerae O1 ma 41. W cyklu komórkowym Caulobacter crescentus wiadomo, że DGC PleD kontroluje morfogenezę biegunów . Przypuszcza się, że aktywność Pseudomonas fluorescens DGC jest częściowo odpowiedzialna za fenotyp rozsiewacza zmarszczek (WS). W Pseudomonas aeruginosa wiadomo również, że WspR kontroluje autoagregację.
Rola DGC w cyklu komórkowym C. crescentus
Podczas cyklu komórkowego C. crescentus białka z domenami GGDEF i EAL rozdzielają się w kierunku dwóch odrębnych biegunów. Aktywna postać cyklazy diguanylanowej PLED lokalizuje się na szypułkowym biegunie różnicujących się C. crescentus . Sugerowano, że funkcja PleD jest dwojaka. PleD odpowiada za wyłączenie rotacji wici i hamowanie ruchliwości przed rozpoczęciem replikacji genomu, a także za regenerację ruchliwości po zakończeniu różnicowania.
Mechanizm aktywacji i regulacja
Struktura krystaliczna cyklazy diguanylanowej C. crescentus , PleD, zawiera trzy domeny; domena GGDEF z aktywnością cyklazy diguanylowej i dwie domeny odbiorcze podobne do CheY (D1/D2). Jak widać na rysunku, aktywną formą PleD jest dimer, który tworzy się przez fosforylację pierwszej domeny odbiorczej (D1). Fosforylacja domeny odbiorczej zwiększa powinowactwo do dimeryzacji około 10-krotnie w stosunku do domen niefosforylowanych.
Uważa się, że hamowanie aktywności DGC jest allosteryczne i niekompetycyjne . Cykliczny di-GMP wiąże się z interfejsem między domenami DGC i D2, stabilizując otwartą strukturę i zapobiegając katalizie. Zaobserwowano silne hamowanie produktu przy Ki 0,5 µM.
Chociaż dokładny mechanizm katalityczny nie został rozwiązany, postawiono hipotezę, że dimeryzowana struktura PleD ułatwia interakcję dwóch cząsteczek GTP w miejscu aktywnym DGC w celu cyklizacji. Proponowany mechanizm przez Chana i in. wskazuje, że grupa 3'- OH GTP jest deprotonowana przez resztę kwasu glutaminowego (E370), aby umożliwić międzycząsteczkowy atak nukleofilowy α- fosforanu . Stan przejściowy z pięciokoordynacją utworzony w wyniku tego ataku nukleofilowego jest prawdopodobnie stabilizowany przez resztę lizyny (K332).
Dalsza lektura
- Schirmer T, Jenal U (październik 2009). „Strukturalne i mechanistyczne determinanty sygnalizacji c-di-GMP”. Recenzje przyrody. Mikrobiologia . 7 (10): 724–35. doi : 10.1038/nrmicro2203 . PMID 19756011 . S2CID 28824576 .
- Jenal U, Malone J (2006). „Mechanizmy sygnalizacji cyklicznego di-GMP u bakterii”. Roczny przegląd genetyki . 40 : 385–407. doi : 10.1146/annurev.genet.40.110405.090423 . PMID 16895465 .
- Hengge R (kwiecień 2009). „Zasady sygnalizacji c-di-GMP u bakterii”. Recenzje przyrody. Mikrobiologia . 7 (4): 263–73. doi : 10.1038/nrmicro2109 . PMID 19287449 . S2CID 1937789 .