Liaza argininobursztynianowa
| Liaza argininobursztynianowa | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktura krystaliczna kaczej liazy argininobursztynianowej ze związanym argininobursztynianem.
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| nr WE | 4.3.2.1 | ||||||||
| nr CAS | 9027-34-3 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
| Liaza argininobursztynianowa | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktura krystalograficzna monomeru ludzkiego ASL ze znakowanymi domenami.
| |||||||
| Identyfikatory | |||||||
| Symbol | ASL | ||||||
| gen NCBI | 435 | ||||||
| HGNC | 746 | ||||||
| OMIM | 608310 | ||||||
| RefSeq | NM_000048 | ||||||
| UniProt | P04424 | ||||||
| Inne dane | |||||||
| numer WE | 4.3.2.1 | ||||||
| Umiejscowienie | Chr. 7 pter-q22 | ||||||
| |||||||
Enzym liaza argininobursztynianu (EC 4.3.2.1, ASL , argininosukcynaza ; nazwa systematyczna 2-( N ω - L - arginino) bursztynian liazy argininy (tworzący fumaran) katalizuje odwracalny rozkład argininobursztynianu :
- 2-( N ω - L -arginino)bursztynian = fumaran + L -arginina
Zlokalizowany w cytozolu wątroby, jest czwartym enzymem cyklu mocznikowego i bierze udział w biosyntezie argininy u wszystkich gatunków oraz w produkcji mocznika u gatunków ureotelicznych . Mutacje skutkujące niską aktywnością enzymu zwiększają poziom mocznika w organizmie i skutkują różnymi skutkami ubocznymi.
Gen ASL znajduje się na chromosomie 7 między centromerem (połączenie długiego i krótkiego ramienia) i długim (q) ramieniem w pozycji 11.2, od pary zasad 64 984 963 do pary zasad 65 002 090.
ASL jest związana z komplementacją wewnątrzgenową .
Struktura
ASL składa się z czterech identycznych monomerów; każdy monomer składa się z pojedynczego łańcucha polipeptydowego między 49 a 52 kDa, między 196 a 208 kDa dla całego enzymu tetramerycznego. Każdy monomer ma trzy wysoce konserwatywne regiony oddalone od siebie, ale regiony te skupiają się razem w tetramerze, tworząc cztery miejsca aktywne. Dlatego każdy homotetramer ASL ma cztery miejsca aktywne katalizujące rozkład argininobursztynianu.
Każdy monomer w homotetramerze ASL składa się z trzech domen strukturalnych; wszystkie trzy są głównie helikalne alfa. Domeny 1 i 3 mają podobną strukturę, ponieważ obie składają się z motywów helisa-zwrot-helisa. Domena 1 monomeru zawiera koniec aminowy. Domena 2 zawiera jeden mały arkusz beta, dziewięć helis alfa i koniec karboksylowy. Trzy z dziewięciu helis alfa na jednym monomerze są zaangażowane głównie w interakcje hydrofobowe z innym monomerem, tworząc dimer. Następnie dwa dimery łączą się za pomocą helisy alfa, po jednym z każdego monomeru, tworząc centralny rdzeń składający się z 20 helis. Połączenie wszystkich czterech monomerów pozwala na aktywność katalityczną w każdym możliwym miejscu aktywnym.
Uzupełnienie wewnątrzgenowe
Wiele kopii polipeptydu kodowanego przez gen często może tworzyć agregat określany jako multimer. Kiedy multimer jest tworzony z polipeptydów wytwarzanych przez dwa różne zmutowane allele określonego genu, mieszany multimer może wykazywać większą aktywność funkcjonalną niż niezmieszane multimery utworzone przez każdy z mutantów osobno. Kiedy mieszany multimer wykazuje zwiększoną funkcjonalność w stosunku do niezmieszanych multimerów, zjawisko to określa się jako komplementację wewnątrzgenową . U ludzi ASL jest białkiem multimerycznym (tetramerowym). Zaburzenie ASL u ludzi może wynikać z mutacji w genie ASL, zwłaszcza mutacji, które wpływają na miejsce aktywne zmutowanego multimerycznego białka. Zaburzenie ASL wiąże się ze znaczną heterogenicznością kliniczną i genetyczną, co uważa się za odzwierciedlenie rozległej komplementacji wewnątrzgenowej występującej u poszczególnych pacjentów.
Mechanizm
Rozszczepienie argininobursztynianu przez enzym w celu utworzenia fumaranu i argininy zachodzi w reakcji eliminacji E1cb. Zasada inicjuje reakcję poprzez deprotonowanie węgla sąsiadującego z argininą, czyli grupą opuszczającą. Niedawne badania mutagenne homologów ASL wykazały, że histydyna 162 lub treonina 161 z ASL jest odpowiedzialna za abstrakcję protonów z Cβ, bezpośrednio lub pośrednio przez cząsteczkę wody. Uważa się, że lizyna 289 stabilizuje ujemnie naładowany pośredni karboanion. Chociaż nie ma konsensusu co do kwasu katalitycznego, który przekazuje proton do iminowej grupy funkcyjnej produktu argininy, niektóre badania mutagenezy pokazują, że seryna 283 może być zaangażowana.
Rola w cyklu mocznikowym
Amoniak (NH 3 ) jest substancją toksyczną dla wielu organizmów tlenowych i musi zostać wydalony. Niektóre organizmy wodne uwalniają toksynę bezpośrednio do swojego środowiska, podczas gdy inne gatunki ureoteliczne muszą przekształcać swoje toksyczne odpady azotowe w nietoksyczne składniki, takie jak kwas moczowy lub mocznik, poprzez szereg katalizowanych etapów, lepiej znanych jako cykl mocznikowy. ASL katalizuje czwarty etap cyklu, po działaniu syntetazy argininobursztynianu (ASS) w cytozolu wątroby. Podczas gdy ASS katalizuje powstawanie argininobursztynianu z cytruliny i asparaginianu, ASL rozbija nowo utworzony argininobursztynian na L-argininę i fumaran. L-arginina przechodzi przez cykl mocznikowy, tworząc mocznik i ornitynę, podczas gdy fumaran może wejść w cykl kwasu cytrynowego.
δ-krystaliczny
ASL, δ- krystalina , fumaraza klasy II, aspartaza, liaza adenylosukcynazy oraz enzym laktonizujący 3-karboksy-cis i cis-mukonian są członkami tej samej homotetramerycznej nadrodziny enzymów, z których większość katalizuje ten sam typ reakcji eliminacji, w których Zrywane jest wiązanie CO lub CN i jako produkt uwalniany jest fumaran. δ-krystaliny są głównymi strukturalnymi rozpuszczalnymi w wodzie białkami soczewek większości ptaków, gadów i niektórych innych kręgowców.
W obrębie nadrodziny ASL jest najbliżej spokrewniona z δ-krystaliną w sekwencji aminokwasów i strukturze fałdów białkowych. Istnieją dwie izoformy δ-krystaliny, δI i δII. Te dwie izoformy zachowują odpowiednio 69% i 71% sekwencji aminokwasowej ASL, ale tylko izoforma δII zachowuje taką samą aktywność enzymatyczną jak ASL. Podobieństwa doprowadziły badaczy do przekonania, że te krystaliny ewoluowały od rekrutacji do soczewki wcześniej istniejących enzymów metabolicznych, takich jak ASL, w procesie zwanym „udostępnianiem genów”. Ten sam produkt genu działa zarówno jako krystalina soczewki, jak i enzym w innych tkankach innych niż oko. Badania porównawcze δ-krystalin były korzystne dla zrozumienia enzymatycznego mechanizmu reakcji ASL.
Mutacje i niedobory ASL: kwasica argininobursztynowa
Mutacje w ludzkim genie ASL powodują kwasicę argininobursztynową, rzadkie zaburzenie autosomalne recesywne i skutkują niedoborami cyklu mocznikowego. Liaza argininobursztynianowa jest enzymem pośrednim w szlaku syntezy mocznika, a jej funkcja jest niezbędna do kontynuacji cyklu. Niedziałający enzym powoduje gromadzenie się amoniaku, argininobursztynianu i cytruliny we krwi pacjentów, a argininobursztynian jest wydalany z moczem. Inne wynikające z tego objawy obejmują letarg, wymioty, hipotermię, hiperwentylację, hepatomegalię i postępującą encefalopatię u niemowląt oraz nieprawidłowy wzrost włosów, zwłóknienie wątroby, epizodyczne wymioty, opóźnienie wzrostu i rozwoju u pacjentów doświadczających tego zaburzenia w późniejszym dzieciństwie.
ASL jest kluczowym enzymem w konwersji amoniaku do mocznika w cyklu mocznikowym. Amoniak gromadzi się do toksycznych poziomów, co powoduje hiperamonemię. Amoniak jest częściowo toksyczny, ponieważ wpływa na układ nerwowy. Istnieją dowody biochemiczne, które wskazują, że wzrost poziomu amoniaku może hamować glutaminazę, a tym samym ograniczać szybkość syntezy neuroprzekaźników, takich jak glutaminian, co może wyjaśniać opóźnienie rozwojowe u pacjentów z kwasicą argininobursztynową.
Jedna mutacja u pacjentów z kwasicą argininobursztynową występuje, gdy glutamina 286 jest zmutowana do argininy. Enzym ma teraz dodatnio naładowaną argininę zamiast neutralnie naładowanej glutaminy, a badania sugerują, że ta zmiana może sterycznie i / lub elektrostatycznie utrudniać zmianę konformacyjną niezbędną do katalizy.