Karboksypeptydaza lizynowa
| Identyfikatory | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| karboksypeptydazy lizynowej | |||||||||
| nr WE | 3.4.17.3 | ||||||||
| nr CAS | 9013-89-2 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Karboksypeptydaza lizynowa ( EC 3.4.17.3) jest enzymem . Enzym ten katalizuje następującą reakcję chemiczną:
- Uwalnianie C-końcowego aminokwasu zasadowego ( lizyny lub argininy ), preferencyjnie lizyny.
Jest to enzym aktywowany cynkiem występujący w osoczu. Dezaktywuje białka, takie jak bradykinina i anafilatoksyny we krwi, aby zapobiec gromadzeniu się toksyn.
Nomenklatura
Karboksypeptydaza lizynowa jest również znana jako:
- karboksypeptydaza N
- karboksypeptydaza argininowa
- kininaza I
- inaktywator anafilatoksyny
- karboksypeptydaza osocza B
- współczynnik konwersji kinazy kreatynowej
- bradykinaza
- kininaza Ia
- hydrolaza hippurylolizyny
- enzym rozkładający bradykininę
- protaminaza
- CPaza N
- konwertazy kinazy kreatyniny
- hydrolaza peptydylo-L-lizyny (-L-argininy).
- CPN
Klasyfikacja
Wszystkim enzymom przypisuje się numer Enzyme Commission na podstawie reakcji chemicznej, którą katalizują. Numer EC służy wyjaśnieniu wszelkich nieporozumień wynikających z faktu, że wiele enzymów ma kilka różnych nazw, które mogą się do nich odnosić. Numer WE karboksypeptydazy lizynowej to 3.4.17.3.
Pierwsza liczba w numerze EC wskazuje główną klasę, do której należy enzym (opcje to oksydoreduktazy, transferazy, hydrolazy, liazy, izomerazy i ligazy). Karboksypeptydaza lizynowa należy do klasy 3, co wskazuje, że jest hydrolazą . Hydrolazy wykorzystują wodę do rozbijania wiązań chemicznych, w tym między innymi wiązań węgiel-tlen, węgiel-azot i węgiel-węgiel.
Druga liczba opisuje rodzaj wiązania, które jest rozrywane w określonej reakcji katalizowanej przez enzym. „4” umieszcza karboksypeptydazę lizynową w podklasie „ peptydazy ”. Oznacza to, że enzym ten działa na wiązania peptydowe .
Trzecia liczba (podklasa) dostarcza więcej informacji o katalitycznym mechanizmie reakcji. Karboksypeptydaza lizynowa należy do podklasy 17: metalokarboksypeptydazy . Ta podklasa najpierw definiuje karboksypeptydazę lizynową jako egzopeptydazę (podklasy 11 i 13-19), co oznacza, że działa ona tylko na końcowe wiązania łańcucha polipeptydowego. Dokładniej jest to karboksypeptydaza (podklasy 16-18), która działa na C-końcu, odrywając jeden aminokwas. Ogólna kategoria metalokarboksypeptydaz wskazuje, że działają one przy użyciu katalizy jonów metali .
Ostatnia liczba w numerze EC służy po prostu do odróżnienia każdej metalokarboksypeptydazy od siebie.
Rozmieszczenie gatunków
Karboksypeptydazę lizynową można znaleźć u prawie 400 różnych gatunków, z których wszystkie są kręgowcami szczękowymi. Gatunki te obejmują ptaki, gady, ssaki, płazy i ryby. Dla uproszczenia i ze względu na brak badań tego enzymu w innych organizmach, informacje omówione w tym artykule będą koncentrować się w szczególności na ludzkiej karboksypeptydazie lizynowej.
Struktura
Karboksypeptydaza lizynowa ma masę cząsteczkową między 270 a 330 kDa ( kilodaltonów ). Jest tetrameryczną glikoproteiną . Składa się z dwóch podjednostek 83 kDa i dwóch aktywnych podjednostek między 55 kDa a 48 kDa, które są utrzymywane razem przez oddziaływania niekowalencyjne .
Podjednostki 83 kDa są regulatorowe i nie biorą bezpośredniego udziału w aktywności katalitycznej; są również silnie glikozylowane. Te funkcje stabilizują aktywne podjednostki i utrzymują je w obiegu. Funkcjonowanie katalityczne zostaje zachowane, gdy podjednostki o masie cząsteczkowej 83 kDa są usuwane z podjednostek aktywnych, ale nadal są one niezbędne do pełnienia funkcji pomocniczych. Podjednostki aktywne są małe i stosunkowo niestabilne w temperaturze ciała i pH krwi, więc nie przetrwałyby długo w osoczu bez dołączonych podjednostek regulatorowych. Obie części 55 kDa-48 kDa są aktywne katalitycznie.
Pierwszorzędową strukturę podjednostki 83 kDa można podzielić na trzy główne domeny. Pierwsza domena znajduje się na N-końcu i składa się z 52 aminokwasów, z których pierwsze 27 to aminokwasy bogate w cysteinę . Druga domena odnosi się do kolejnych 312 aminokwasów i składa się z 13 powtórzeń bogatych w leucynę (LRR), z których każda składa się z 24 reszt. Końcowa domena C-końcowa odnosi się do ostatnich 145 reszt, w których aminokwasy 400-425 zawierają sekcję bogatą w cysteinę. Drugorzędowa / trzeciorzędowa struktura podjednostki nie została jeszcze określona eksperymentalnie, ale postawiono hipotezę na podstawie tego, jak fałdują się inne białka LRR. Model roboczy, który został stworzony przy użyciu ESyPred3D , ma kształt podkowy z β-arkuszem wyściełającym wnętrze i α-helisą lub β-turn wyściółka na zewnątrz. Model pokazuje również domenę podobną do Ig. W innych białkach okazało się, że połączenie między tym a C-końcem domeny LRR jest miejscem wiązania do tworzenia tetrameru. Dlatego może to być miejsce wiązania drugiej podjednostki 83 kDa enzymu, podczas gdy uważa się, że aktywna podjednostka oddziałuje na wnętrze kształtu podkowy.
Podjednostka katalityczna ma kształt gruszki. Jego pierwsza domena na N-końcu jest kulista i składa się z 319 aminokwasów. Zawiera również obszary katalityczne i wiążące substrat i dlatego jest określany jako domena karboksypeptydazy. Domena ta składa się z dwóch mostków dwusiarczkowych , co pozostawia jedną niesparowaną cysteinę, która rozciąga się do wewnętrznej części cząsteczki. Ma centralną 8-niciową β-kartkę, która jest otoczona 9 α-helisami, które generalnie biegną przeciwnie do arkuszy. Domena ma głównie charakter hydrofobowy rdzeń. Druga domena C-końcowa ma kształt cylindra i składa się z 79 reszt. Jest to β-kanapki transtyretyny (TT) z hydrofobowym rdzeniem. Wcześniej sądzono, że jednostka aktywna nie była glikozylowana; jednak struktura pokazuje trzy reszty O-połączone z N-acetylo-glukozaminami . Określono, że obszar, który wiąże się z podjednostką regulatorową, jest interfejsem między tymi dwiema domenami. Na tym obszarze znajduje się hydrofobowa plama, która prawdopodobnie oddziałuje z wnętrzem podjednostki 83 kDa w kształcie podkowy, tworząc heterodimer .
Aktywna strona
Sferyczna domena karboksypeptydazy podjednostki katalitycznej ma koliste wgłębienie na powierzchni, w którym znajduje się rowek miejsca aktywnego. Podstawa rowka jest utworzona przez 3 arkusze β, podczas gdy ściany rowka są wyłożone α-helisami. Gęstość elektronów w środku rowka pozwala na wiązanie kofaktora jonów cynku. Reszta P1' substratu jest umieszczona w określonej wnęce (S1') rowka miejsca aktywnego, podczas gdy reszty P1 i dalej rozciągają się do głównie hydrofobowego obszaru rowka (w kieszeniach S1, S2 itd.). nożycowy _ wiązanie peptydowe jest utrzymywane na miejscu dzięki kilku polarnym interakcjom między bocznymi grupami białek. Atom azotu po stronie C-końcowej jest zakotwiczony w pobliskich guanidynowych cząsteczek argininy. Po stronie N-końcowej atom azotu jest utrzymywany przez wiązania wodorowe z tyrozyną , podczas gdy grupa karbonylowa jest utrzymywana przez wiązania wodorowe z lizyną. Te interakcje rozciągają wiązanie peptydowe i ustawiają je, aby cząsteczka wody mogła je rozerwać. Chociaż istnieją technicznie dwie aktywne witryny na tetramerze, po jednym na każdej aktywnej podjednostce, tylko jedno miejsce aktywne może być używane jednocześnie.
Związek struktura-funkcja
Struktura karboksypeptydazy lizynowej może wyjaśniać jej preferencje dotyczące reszt P1' i P1. Kwas asparaginowy (jego orientacja określona przez wiązanie cis-peptydowe między sąsiadującą proliną i tyrozyną), który znajduje się w pobliżu kieszeni S1' miejsca aktywnego, odpowiada za preferencję lizyny nad argininą jako reszty P1'. W przeciwieństwie do argininy, lizyna może zbliżyć się do tego obszaru od przodu, co ustawia wiązanie peptydowe w celu łatwiejszego zerwania. Tymczasem fenolowe łańcuchy boczne w pobliżu kieszeni S1 powodują, że enzym preferuje więcej średnich reszt P1 niż większe; zmniejsza to liczbę przesunięć, które muszą wystąpić. To wyjaśnia preferencje enzymu alanina i metionina nad glicyną .
Mechanizm katalityczny
Karboksypeptydaza lizynowa jest wytwarzana wyłącznie w wątrobie i wkrótce potem jest wydzielana do krwi. Najlepiej funkcjonuje w środowisku o neutralnym pH .
Enzym działa w celu oderwania argininy lub lizyny od C-końca łańcucha polipeptydowego . Lizyna jest hydrolizowana , ponieważ ma szybszą rotację niż arginina. Przedostatni aminokwas również przyczynia się do łatwości przebiegu reakcji. Alanina i metionina powodują najbardziej wydajne reakcje, podczas gdy glicyna znacznie zmniejsza szybkość reakcji.
Karboksypeptydaza lizynowa wykorzystuje katalizę jonów metali w celu zakończenia reakcji i zawiera cynk (lub inny dwuwartościowy kation, taki jak kobalt) jako niezbędny kofaktor. Z tego powodu jego działanie może być hamowane przez chelatujące , które usuwają cynk z kompleksu enzymatycznego.
Cynk wiąże się z miejscem aktywnym enzymu i działa jako stabilizator. Dodatni ładunek cynku pozwala mu oddziaływać z częściowym ujemnym ładunkiem tlenu w cząsteczce wody i tworzyć wiązanie. Pobliska baza usunie jeden z wodorów z cząsteczki tlenu, aby ją ustabilizować. Teraz może skutecznie działać jako nukleofil ; zaatakuje grupę karbonylową białka, tworząc tymczasowy czworościan. Po wystąpieniu pewnej energetycznie korzystnej rekonfiguracji elektronów, wynikiem będzie odcięcie końcowego aminokwasu od pozostałej części łańcucha polipeptydowego.
Aplikacje
Karboksypeptydaza lizynowa znajduje się w osoczu i jest używana do inaktywacji niektórych białek; działa to w celu ochrony organizmu przed silnymi cząsteczkami, które mogą wydostać się z tkanek. Najlepiej zbadanym białkiem inaktywowanym przez ten enzym jest bradykinina (wraz z innymi kininami , takimi jak kalidyna ), która przyczynia się do stanu zapalnego i regulacji ciśnienia krwi. Jednak głównym sposobem degradacji bradykininy jest enzym konwertujący angiotensynę I (ACE). Niemniej jednak karboksypeptydaza lizynowa jest nadal ważna, zwłaszcza jeśli pacjent otrzymuje inhibitory ACE leczyć stan. Kininy są najczęściej hormonami autokrynnymi lub parakrynnymi i dlatego często ich lokalizacja jest ograniczona. Jeśli zbyt dużo hormonu przedostaje się do krwi, a jego poziom wzrasta zbyt wysoko, może to mieć szkodliwy wpływ na organizm. Karboksypeptydaza lizynowa zapobiega temu zjawisku.
Enzym ten okazał się również ważny w inaktywacji anafilatoksyn, które są białkami indukującymi stany zapalne, wykorzystywanymi w odpowiedziach immunologicznych. Podobnie jak w przypadku kinin, szkodliwe skutki mogą wystąpić, jeśli we krwi nagromadzi się zbyt dużo tych białek. Inne cząsteczki, w modyfikowaniu, a co za tym idzie regulacji, bierze udział ten enzym, obejmują kinazę kreatynową , hemoglobinę , czynnik 1α pochodzenia zrębowego (SDF-1α), receptory plazminogenu i enkefaliny . Oddziaływanie enzymatyczne z kinazą kreatynową uwalnia po jednej lizynie z każdej z dwóch podjednostek i modyfikuje jej funkcję. Wraz z hemoglobiną przyspiesza dysocjację tetrameru na dimery i zwiększa jego powinowactwo do tlenu. Jeśli chodzi o SDF-1α, uwalnianie lizyny zmniejsza jej zdolność do działania, więc enzym ten działa jako regulator aktywności; SDF-1α jest zwykle ważny w krwiotwórczymi komórkami macierzystymi. W przypadku receptorów plazminogenu rozszczepienie lizyny zapobiega aktywacji plazminogenu do plazminy . Karboksypeptydaza lizynowa reguluje enkefalinę, zmniejszając jej powinowactwo do receptorów opioidowych kappa iw konsekwencji czyniąc go swoistym dla receptora delta . Podejrzewa się również, że naskórkowy czynnik wzrostu (i prawdopodobnie inne czynniki wzrostu) działa jako substrat , ponieważ jest metabolizowany przez rozszczepienie C-końcowej argininy. Inne mniej zbadane substraty obejmują fibrynopeptydy biorące udział w krzepnięciu krwi.
Enzym ten jest niezwykle ważny dla prawidłowego funkcjonowania organizmu. Nie ma zapisów dotyczących osoby, u której całkowicie brakuje karboksypeptydazy lizynowej, a niższy niż normalny poziom enzymu powiązano z zaburzeniami, takimi jak obrzęk naczynioruchowy .
Linki zewnętrzne
- Lizyna + karboksypeptydaza w US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
