Liaza amoniakalna treoniny
| L -treonina amoniak-liaza | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Trójwymiarowy rysunek przedstawiający tetramer deaminazy treoniny
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| nr WE | 4.3.1.19 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Amoniak-liaza treoninowa (EC 4.3.1.19, nazwa systematyczna amonia-liaza L -treoninowa (tworząca 2-oksobutanian) , powszechnie nazywana również deaminazą treoninową lub dehydratazą treoninową , jest enzymem odpowiedzialnym za katalizowanie konwersji L -treoniny do α-ketomaślan i amoniak :
-
L -treonina = 2-oksobutanian + NH 3 (całkowita reakcja)
- (1a) L -treonina = 2-aminobut-2-enian + H2O ( 1b
- ) 2-aminobut-2-enian = 2-iminobutanian (spontaniczny)
- ( 1c) 2-iminobutanian + H2O = 2-oksobutanian + NH3 (samorzutny)
α-Ketomaślan może zostać przekształcony w L - izoleucynę , dzięki czemu amoniak-liaza treoninowa działa jako kluczowy enzym w syntezie BCAA . Wykorzystuje kofaktor pirydoksalo-5'-fosforanowy , podobny do wielu enzymów biorących udział w metabolizmie aminokwasów . Występuje w bakteriach , drożdżach i roślinach , chociaż większość dotychczasowych badań koncentrowała się na formach enzymu w bakteriach. Enzym ten był jednym z pierwszych, w których wystąpiło ujemne sprzężenie zwrotne bezpośrednio obserwowano i badano hamowanie przez produkt końcowy szlaku metabolicznego . Enzym ten stanowi doskonały przykład strategii regulacyjnych stosowanych w homeostazie aminokwasów .
Struktura
Amoniakoliaza treoninowa jest tetramerem identycznych podjednostek i jest ułożona jako dimer dimerów. Każda podjednostka ma dwie domeny : domenę zawierającą miejsce aktywne katalitycznie i domenę z allosterycznymi miejscami regulatorowymi. Wykazano, że te dwa regiony są odrębnymi regionami, ale miejsce regulacyjne jednej podjednostki w rzeczywistości oddziałuje z miejscem katalitycznym innej podjednostki. Obie domeny zawierają powtarzający się motyw strukturalny arkuszy beta otoczonych helisami alfa . Chociaż miejsce wiązania treoniny nie jest do końca poznane, badania strukturalne ujawniają, w jaki sposób związany jest kofaktor fosforanu pirydoksalu. Kofaktor PLP jest związany z lizyny za pomocą zasady Schiffa , a grupa fosforanowa PLP jest utrzymywana na miejscu przez grupy aminowe pochodzące z powtarzającej się sekwencji reszt glicyny . Pierścień aromatyczny jest związany z fenyloalaniną , a atom azotu w pierścieniu jest związany wiązaniami wodorowymi z resztami zawierającymi grupy hydroksylowe .
Mechanizm
Mechanizm amoniakoliazy treoninowej jest analogiczny do innych enzymów PLP deaminujących pod względem wykorzystania pośrednich zasad Schiffa . Początkowo grupa aminowa treoniny atakuje zasadę lizyny/PLP Schiffa, wypierając lizynę. Po deprotonowaniu aminokwasu węgla alfa i późniejszej dehydratacji (stąd potoczna nazwa dehydrataza treoninowa ) powstaje nowa zasada Schiffa. Ta zasada Schiffa jest zastępowana atakiem lizyny, przekształcając aktywny katalitycznie PLP i uwalniając początkowy produkt zawierający alken . Ten produkt tautomeryzuje , a po hydrolizie zasady Schiffa powstają produkty końcowe. Po wytworzeniu końcowego produktu alfa-ketomaślanu, syntetyzuje się izoleucynę, przechodząc przez półprodukty alfa-acetohydroksymaślan do alfa-beta-dihydroksy-beta-metylowalerianianu, a następnie do alfa-keto-beta-metylowalerianianu.
Rozporządzenie
Wykazano, że liaza amoniakalna treoniny nie podlega kinetyce Michaelisa-Mentena , a raczej podlega złożonej kontroli allosterycznej. Enzym jest hamowany przez izoleucynę, produkt szlaku, w którym uczestniczy, i jest aktywowany przez walinę , produkt szlaku równoległego. Zatem wzrost stężenia izoleucyny zatrzymuje jej produkcję, a wzrost stężenia waliny odwraca materiał wyjściowy (hydroksyetylo- TPP ) od wytwarzania waliny. Enzym ma dwa miejsca wiązania izoleucyny; jeden ma wysokie powinowactwo dla izoleucyny, a drugi ma niskie powinowactwo. Wiązanie izoleucyny z miejscem o wysokim powinowactwie zwiększa powinowactwo wiązania z miejscem o niskim powinowactwie, a dezaktywacja enzymu następuje, gdy izoleucyna wiąże się z miejscem o niskim powinowactwie. Walina promuje aktywność enzymu poprzez konkurencyjne wiązanie się z miejscem o wysokim powinowactwie, zapobiegając działaniu hamującemu izoleucyny. Połączenie tych dwóch metod sprzężenia zwrotnego równoważy stężenie BCAA.
Izoformy i inne funkcje
gatunków organizmów zaobserwowano wiele form amoniakoliazy treoninowej. W Escherichia coli , systemie, w którym enzym był szeroko badany, znaleziono dwie różne formy enzymu. Jeden jest biosyntetyczny i przypomina przedstawione tutaj cechy enzymu, podczas gdy drugi jest degradacyjny i działa w celu generowania fragmentów węgla do produkcji energii . Parę izoform zaobserwowano również u innych bakterii. W wielu bakteriach ulega ekspresji biodegradowalna izoforma enzymu beztlenowych i jest promowana przez cAMP i treoninę, podczas gdy izoforma biosyntetyczna ulega ekspresji w warunkach tlenowych . Pozwala to bakteriom zrównoważyć zapasy energii i hamować energochłonne szlaki syntezy, gdy energia nie jest obfita.
W roślinach liaza amoniaku treoniny jest ważna w mechanizmach obronnych przed roślinożercami i jest regulowana w górę w odpowiedzi na stres abiotyczny . Dostosowana izoforma enzymu o unikalnych właściwościach odstraszających roślinożerców jest wyrażana w liściach roślin. Domena katalityczna tej izoformy jest wyjątkowo odporna na proteolizę , podczas gdy domena regulatorowa łatwo ulega degradacji, więc po spożyciu przez inny organizm zdolność enzymu do deaminacji treoniny pozostaje niekontrolowana. Powoduje to degradację treoniny, zanim roślinożerca będzie mógł ją wchłonąć, pozbawiając roślinożercę niezbędnego aminokwasu . Badania amoniakoliazy treoninowej w roślinach zaoferowały również nowe strategie rozwoju GMO o zwiększonej wartości odżywczej poprzez zwiększenie zawartości niezbędnych aminokwasów.
Znaleziono inne, bardziej egzotyczne formy enzymu, które są niezwykle małe, ale nadal zachowują wszystkie funkcje katalityczne i regulacyjne.
Ewolucja
Istnieje pięć głównych typów fałd dla enzymów zależnych od PLP. Amoniak-liaza treoninowa jest członkiem rodziny Fold Type II, znanej również jako syntazy tryptofanu . Chociaż liaza amoniaku treoniny nie posiada tunelowania substratu, tak jak syntaza tryptofanu, zawiera bardzo konserwatywną homologię . Amoniak-liaza treoninowa jest najbliżej spokrewniona z dehydratazą serynową i obie mają ten sam ogólny mechanizm katalityczny. W rzeczywistości wykazano, że amoniakoliaza treoninowa wykazuje pewną specyficzność w stosunku do seryny i może przekształcać serynę w pirogronian . Domena regulatorowa amoniakoliazy treoninowej jest bardzo podobna do domeny regulatorowej dehydrogenazy fosfoglicerynianowej . Wszystkie te zależności pokazują, że amoniak-liaza treoninowa ma bliskie ewolucyjne powiązania z tymi enzymami. Ze względu na stopień konserwatywnej struktury i sekwencji enzymów, które rozpoznają aminokwasy, prawdopodobne jest, że ewolucyjna różnorodność tych enzymów wynikała z dopasowania poszczególnych domen regulatorowych i katalitycznych na różne sposoby.
Znaczenie dla ludzi
Liaza amoniakalna treoniny nie występuje u ludzi. Jest to zatem jeden z przykładów, dlaczego ludzie nie mogą zsyntetyzować wszystkich 20 aminokwasów proteogennych ; w tym konkretnym przypadku ludzie nie mogą przekształcić treoniny w izoleucynę i muszą spożywać izoleucynę w diecie. Enzym był również badany w przeszłości jako możliwy środek hamujący nowotwory z wcześniej opisanych powodów, ponieważ pozbawia komórki nowotworowe niezbędnego aminokwasu i zabija je, ale to leczenie nie zostało wykorzystane.
