Oksydaza D-aminokwasowa

Nie należy mylić z oksydazą diaminy lub oksydazą D-asparaginianową .
D-aminokwasowa oksydaza
Crystal structure of RgDAAO (PDB code 1c0p).png
Struktura 3D DAAO z drożdży (monomer)
Identyfikatory
nr WE 1.4.3.3
nr CAS 9000-88-8
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
Identyfikatory
oksydazy D-aminokwasu
Symbol DAO (DAAO)
gen NCBI 1610
HGNC 2671
OMIM 124050
RefSeq NM_001917
UniProt P14920
Inne dane
numer WE 1.4.3.3
Umiejscowienie Chr. 12 q24
Szukaj
Struktury Model szwajcarski
Domeny InterPro

Oksydaza D-aminokwasów ( DAAO ; także OXDA, DAMOX) jest enzymem, którego funkcją na poziomie molekularnym jest utlenianie D-aminokwasów do odpowiednich α-ketokwasów , z wytworzeniem amoniaku i nadtlenku wodoru . Powoduje to szereg efektów fizjologicznych w różnych układach, w szczególności w mózgu. Enzym jest najbardziej aktywny wobec neutralnych D-aminokwasów i nie jest aktywny wobec kwaśnych D-aminokwasów. Jednym z jego najważniejszych celów u ssaków jest D-seryna w ośrodkowym układzie nerwowym . Celując w ten i inne D-aminokwasy u kręgowców , DAAO odgrywa ważną rolę w detoksykacji . Rola mikroorganizmów jest nieco inna, rozkładając D-aminokwasy w celu wytworzenia energii.

DAAO ulega ekspresji w wielu gatunkach, od drożdży po człowieka. Nie występuje w roślinach ani w bakteriach, które zamiast tego wykorzystują dehydrogenazę D-aminokwasu . DAAO u ludzi jest potencjalnym genem podatności i wraz z G72 może odgrywać rolę w glutaminergicznych mechanizmach schizofrenii . DAAO odgrywa również rolę zarówno w postępie biotechnologicznym, jak i medycznym. Risperidon i benzoesan sodu są inhibitorami DAAO.

Oksydaza D-aminokwasowa różni się od oksydazy diaminowej , które są czasami określane jako DAO .

Historia

W 1935 roku Hans Adolf Krebs odkrył oksydazę D-aminokwasową po eksperymencie z homogenatami i aminokwasami nerki świni . Wkrótce potem Warburg i Christian zaobserwowali, że oksydaza ma kofaktor FAD, co czyni ją drugim odkrytym flawoenzymem . W kolejnych latach inni naukowcy opracowali i udoskonalili procedurę oczyszczania świńskiej oksydazy D-aminokwasowej.

W 1983 roku odkryto inhibitory oksydazy. W 2006 roku opublikowano trójwymiarową strukturę oksydazy. Obecnie badany jest związek między aktywnością ludzkiej D-aminooksydazy (hDAAO) a schizofrenią.

Struktura i właściwości

Bezpośrednie połączenie hDAAO

Podczas gdy oksydaza D-aminokwasowa różni się w pewnym stopniu między różnymi organizmami , struktura jest zasadniczo taka sama u większości eukariotów , z wyjątkiem roślin. Enzym ten jest flawoproteiną należącą do rodziny oksydoreduktaz zależnych od FAD i działa na grupę donorów D-aminokwasów CH-NH2 z tlenem jako akceptorem . Jest również uważany za enzym peroksysomalny zawierający FAD jako kofaktor. Każdy monomer DAO ma domenę wiążącą FAD (FBD) zawierającą fałd Rossmanna i domenę wiążącą substrat ( SBD), która również tworzy interfejs z innym monomerem w białku. DAO istnieje jako dimer , przy czym każdy monomer zawiera zarówno FBD, jak i SBD. Każdy monomer składa się z 347 aminokwasów w ludzkim DAO, chociaż wśród innych eukariontów białko może mieć długość od 345 do 368 aminokwasów. W ludzkim DAO dwa monomery są połączone łeb w łeb. DAO innych organizmów, takich jak drożdże, może występować jako dimery typu „head-to-tail”. Gen hDAAO znajduje się na chromosomie 12 i zawiera 11 eksonów.

DAO jest w stanie szybko redukować tlen, a po redukcji może stabilizować anionowy czerwony semichinon i jest zdolny do tworzenia wiązania kowalencyjnego z siarczynami . To wszystko są typowe właściwości związane z flawoproteinami . Ludzki DAAO ma nieco inne właściwości niż inne cząsteczki DAAO, w tym słabszą zdolność wiązania FAD i zmniejszoną szybkość reakcji niektórych cząsteczek, takich jak flawina .

Działania w mózgu

DAO działa w mózgu, utleniając określone D-aminokwasy przy użyciu regionu FAD (region dinukleotydu flawinoadeninowego) i powszechnie uważa się, że jest wytwarzany w tyłomózgowiu, chociaż istnieją nowe dowody na ekspresję DAO również w przodomózgowiu . Wydaje się jednak, że DAO obecne w przodomózgowiu jest nieaktywne, co powoduje spekulacje na temat funkcji DAO w przodomózgowiu, w przeciwieństwie do tyłomózgowia, gdzie funkcja ta jest bardziej znana. Konsensus jest taki, że DAO jest wytwarzane i jest aktywne w komórkach glejowych, w szczególności w astrocytach móżdżku typu 1 i 2, a wykazano, że aminokwas D-seryna, który jest wytwarzany przez DAO w tych komórkach, zwiększa synaptyczny receptor NMDA działalność.

Wpływ na schizofrenię

Dalsze informacje: Schizofrenia § Mechanizmy

Istnieją dowody na to, że schizofrenia, jako zjawisko nerwowe, jest związana zarówno z funkcją hiper-, jak i hipoglutaminergiczną, w której pośredniczą receptory NMDA. Dysfunkcja receptorów NMDA i odpowiadająca im sygnalizacja hipoglutaminergiczna powoduje nadmierną stymulację receptorów jonotropowych i prowadzi do ekscytotoksyczności.

Schizofrenia Mózg

Wykazano, że obniżona aktywność DAO prowadzi do wzrostu aktywności NMDA w podwzgórzu . Zahamowanie DAO prowadzi do wzrostu poziomu D-seryny, która działa jako agonista w NMDAR.

Badanie potwierdziło zwiększoną aktywność NMDA i wykazało zwiększoną aktywność DAO w móżdżku osób ze schizofrenią. Genetyczne podłoże zaangażowania DAO w schizofrenię jest mocno dyskutowane i nie znaleziono żadnych obowiązkowych dowodów na to, że geny DAO są silnie powiązane ze schizofrenią. Chociaż gen G72, który podobno koduje aktywator oksydazy D-aminokwasowej, może być zaangażowany w rozwój schizofrenii.

Rozporządzenie

Białko fagota i pLG72 są obecnie znanymi białkami, które fizycznie oddziałują i modulują ludzki DAAO. plG72 jest produktem specyficznego dla naczelnych genu G72, a wyższe poziomy obu obserwowano u pacjentów ze schizofrenią. Zaobserwowano, że interakcja plG72 z hDAAO powoduje zależną od czasu inaktywację z oksydazą. Uważa się, że jest to spowodowane przez wiązanie plG72 ograniczające ilość enzymu, który jest katalitycznie i może być negowany przez kofaktor lub dowolne ligandy miejsca aktywnego. Struktura plG72 nie jest w pełni określona, ​​więc specyficzna fizyczna interakcja z hDAAO również nie jest całkowicie poznana. Eksperymenty z białkiem fagota i hDAAO przyniosły spadek aktywności enzymatycznej podobny do plG72. Naukowcy podejrzewają, że białko fagotu zapobiega wyczerpaniu D-seryny, szczególnie w presynaptycznym .

Ponadto badacze skupili się na związkach, które mogą działać jako inhibitory hDAAO. Zaobserwowano, że in vitro/in vivo ponad 500 różnych związków działa jako inhibitory oksydazy, a większość z nich działa poprzez hamowanie kompetycyjne . Wszystkie te związki mają dwie podobne, główne części. Pierwsza część to część płaska, która oddziałuje z miejscem aktywnym hDAAO. Struktura chemiczna płaskiego miejsca jest utworzona przez jeden lub dwa skondensowane pierścienie i musi mieć ujemnie naładowaną grupę karboksylową . Druga część to substratu , który może uczestniczyć w strefie aktywnej lub wejściu enzymu. Ponadto różne związki są podzielone na wiele kategorii (klasyczne, nowe, drugiej generacji, trzeciej generacji) w zależności od budowy chemicznej. Przykładem związku jest benzoesan , który jest klasycznym inhibitorem. Grupa karboksylowa benzoesanu oddziałuje z Arg238, a grupa aromatyczna oddziałuje z Tyr224 w strefie aktywnej oksydazy.

Aplikacje

Biotechnologia

Synteza cefalosporyn

Oksydaza D-aminokwasowa wykorzystywana jest w biotechnologii przede wszystkim do produkcji antybiotyków zwanych cefalosporynami . Wykorzystanie oksydazy D-aminokwasowej do tworzenia antybiotyków jest opatentowaną produkcją antybiotyków i rozpoczęto ją w 1970 roku. Pierwotnie stosowana w tym procesie oksydaza D-aminokwasowa pochodziła z nerki świni i otrzymała nazwę pkDAAO. PkDAAO jest bardzo niestabilny w całym procesie syntezy antybiotyków i dlatego daje niską wydajność antybiotyków. Dzięki ciągłym badaniom odkryto skuteczniejszą formę oksydazy D-aminokwasowej z gatunku drożdży o nazwie Rhodotorula gracilis i dlatego nazwano ją RgDAAO. RgDAAO jest obecnie używany jako podstawowa oksydaza D-aminokwasowa stosowana w antybiotykach cefalosporynowych, ponieważ immobilizacja na komercyjnych żywicach jonowymiennych tworzy bardziej stabilny system, który daje znacznie większe ilości antybiotyków.

Biosensor D-aminokwasu

Oksydaza D-aminokwasów reaguje na D-aminokwasy i może być stosowana do wykrywania ilości D-aminokwasów w żywności, działając jako bioczujnik . Jest to istotne ze względu na wpływ D-aminokwasów w D-izomerze lub wielu enancjomerach obecnych w żywności na jej wartość odżywczą. Im więcej D-izomerów lub wielu enancjomerów jest obecnych w żywności, tym niższa jest wartość odżywcza żywności, więc użycie oksydazy D-aminokwasu do ich wykrycia pozwala na zwiększenie selekcji żywności o wartości odżywczej. Nie ma dowodów na to, że D-aminokwasy są toksyczne, ale budzi wiele wątpliwości, czy niektóre pokarmy są toksyczne.

Medyczny

Lek na raka

RgDAAO jest stosowany w procesie zwanym prolekową terapią enzymatyczną sterowaną genami (GDEPT) w leczeniu nowotworów u pacjentów z rakiem. Zabieg ten wykorzystuje RgDAAO jako enzym i D-alaninę jako substrat do tworzenia reaktywnych form tlenu H 2 O 2 jako produktu. H 2 O 2 przenika przez komórki nowotworowe i uszkadza biopolimery . Uszkodzenia wyrządzone przez H 2 O 2 tworzą cytotoksyczny metabolit z nietoksycznego proleku w komórkach nowotworowych, który następnie tworzy toksyczną substancję w samych komórkach. Proces ten jest korzystny dla pacjentów z rakiem, ponieważ to leczenie jest toksyczne tylko dla komórek nowotworowych, podczas gdy chemioterapia jest toksyczna dla wszystkich komórek w ciele pacjenta. Oksydaza D-aminokwasowa bierze również udział w produkcji kwasu 4-metylotio-2-oksomasłowego (MTOBA), który jest stosowany jako lek przeciwnowotworowy indukujący apoptozę komórek nowotworowych.

Zabiegi lecznicze

Oksydaza D-aminokwasowa jest wykorzystywana w zabiegach terapeutycznych, takich jak regulacja gospodarki hormonalnej, regulacja nadciśnienia tętniczego , leczenie schizofrenii, leczenie zaburzeń psychicznych i poznawczych oraz możliwe zmniejszenie bólu. Zmiana ilości transporterów D-aminokwasów oksydazy za pomocą leków ma działanie terapeutyczne na schizofrenię. Oksydaza D-aminokwasu reguluje D-asparaginian, który reguluje wydzielanie melatoniny , prolaktyny , testosteronu , hormonu luteinizującego i hormonu wzrostu . Regulując oksydazę D-aminokwasową, D-asparaginian można również regulować i kontrolować wydzielanie hormonów. Zwiększona aktywność oksydazy D-aminokwasowej została skorelowana z zaburzeniami psychicznymi i poznawczymi, więc zmniejszenie oksydazy D-aminokwasowej może mieć terapeutyczny wpływ na te zaburzenia. Oksydaza D-aminokwasowa pomaga wytwarzać L-6-hydroksynorleucynę, która następnie generuje Omapatrilat . Omapatrilat hamuje konwertazę angiotensyny i obojętną endopeptydazę oraz skutecznie obniża nadciśnienie. Oksydaza D-aminokwasowa może mieć również wpływ na bodźce bólowe, ale nie jest to jeszcze potwierdzone.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=D-amino_acid_oxidase&oldid=1096268083 ”