Аланин рацемаза - Alanine racemase
| аланин рацемаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 1.45Å - кристаллическая структура аланинрацемазы из Синегнойная палочка, PDB 1rcq | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 5.1.1.1 | ||||||||
| Количество CAS | 9024-06-0 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
| БРЕНДА | BRENDA запись | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Генная онтология | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
| Ala_racemase_N | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1.45Å кристаллическая структура аланинрацемазы из патогенной бактерии pseudomonas aeruginosa, содержит как внутренние, так и внешние формы альдимина | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Ala_racemase_N | ||||||||
| Pfam | PF01168 | ||||||||
| Pfam клан | CL0036 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR001608 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00332 | ||||||||
| SCOP2 | 1 фут / Объем / СУПФАМ | ||||||||
| |||||||||
| Ala_racemase_C | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Ala_racemase_C | ||||||||
| Pfam | PF00842 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR011079 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00332 | ||||||||
| SCOP2 | 1 фут / Объем / СУПФАМ | ||||||||
| |||||||||
В энзимология, аланин рацемаза (EC 5.1.1.1 ) является фермент который катализирует то химическая реакция
- L-аланин D-аланин
Следовательно, у этого фермента есть один субстрат, L-аланин, и один товар, D-аланин.
Этот фермент принадлежит к семейству изомеразы особенно те рацемазы и эпимеразы действующий на аминокислоты и производные. В систематическое название этого класса ферментов аланин рацемаза. Этот фермент еще называют L-аланин рацемаза. Этот фермент участвует в аланин и аспартат метаболизм и D-аланин метаболизм. Здесь работает один кофактор, пиридоксальфосфат. По крайней мере два соединения, 3-фтор-D-аланин и D-циклосерин известны подавлять этот фермент.
D-аланин, продуцируемый аланинрацемазой, используется для биосинтеза пептидогликана. Пептидогликан содержится в клеточных стенках всех бактерий, в том числе многих вредных для человека. Фермент отсутствует у высших эукариот, но встречается повсеместно у прокариот, что делает аланинрацемазу отличной мишенью для разработки противомикробных препаратов.[1] Аланин рацемаза может быть обнаружена у некоторых беспозвоночных.[2]
Бактерии могут иметь один (ген alr) или два гена аланинрацемазы. У видов бактерий с двумя генами аланинрацемазы один постоянно экспрессируется, а другой индуцируется, что затрудняет нацеливание на оба гена для исследований лекарственных средств. Однако нокаут-исследования показали, что без экспрессии гена alr бактериям для выживания потребуется внешний источник D-аланина. Следовательно, ген alr представляет собой возможную мишень для противомикробных препаратов.[1]
Структурные исследования
Чтобы катализировать взаимопревращение D- и L-аланина, аланинрацемаза должна располагать остатки, способные обмениваться протонами, по обе стороны от альфа-углерода аланина. Структурные исследования комплексов фермент-ингибитор показывают, что этими остатками являются тирозин 265 и лизин 39. Альфа-протон L-энантиомера ориентирован на Tyr265, а альфа-протон D-энантиомера ориентирован на Lys39 (рис. 1).
Расстояние между остатками фермента и энантиомерами составляет 3,5 А и 3,6 А соответственно.[3] Структурные исследования комплексов ферментов с синтетическим аналогом L-аланина, ингибитором сильного связывания [4] и пропионат [5] дополнительно подтвердить, что Tyr265 и Lys39 являются каталитическими основаниями для реакции.[4][6]
Комплексы PLP-L-Ala и PLP-D-Ala практически совмещаются.[3] Неперекрывающиеся области представляют собой ответвления, соединяющие пиридиновое кольцо PLP и альфа-углерод аланина. Взаимодействие между атомами фосфатного кислорода и пиридинового азота с 5’-фосфопиридоксильной областью PLP-Ala, вероятно, создает прочное связывание с ферментом.[3]
Структура аланинрацемазы из Bacillus stearothermophilus (Geobacillus stearothermophilus) определяли по Рентгеновская кристаллография с разрешением 1,9 А.[6] Аланин рацемаза мономер состоит из двух доменов, восьмицепочечного альфа / бета-ствола на N-конце и С-концевого домена, по существу состоящего из бета-цепи. Модель двухдоменной структуры показана на рисунке 2. N-концевой домен также находится в PROSC (пролин синтетаза транскрибируется бактериальный homolog) семейство белков, которые, как известно, не обладают активностью аланинрацемазы. В пиридоксаль 5'-фосфат (PLP) кофактор лежит в устье альфа / бета ствола и над ним и ковалентно связан через альдиминовую связь с лизин остаток, который находится на С-конце первой бета-цепи альфа / бета ствола.
Предлагаемый механизм
Механизмы реакции сложно полностью доказать экспериментально. Традиционный механизм, приписываемый реакции аланин-рацемазы, - это двухосновный механизм с промежуточным карбанионом, стабилизированным PLP. PLP используется в качестве поглотителя электронов, стабилизирующего отрицательный заряд, возникающий в результате депротонирования альфа-углерода. Двухосновный механизм способствует специфичности реакции по сравнению с одноосновным механизмом. Второй каталитический остаток предназначен для быстрой передачи протона после образования карбанионного промежуточного соединения, что снижает вероятность протекания альтернативных реакций. Есть два потенциальных конфликта с этим традиционным механизмом, как указано Watanabe et al. Во-первых, Arg219 образует водородную связь с пиридиновым азотом PLP.[6] Группа аргинина имеет pKa около 12,6 и поэтому вряд ли протонирует пиридин. Обычно в реакциях PLP кислотный аминокислотный остаток, такой как группа карбоновой кислоты, с pKa около 5, протонирует пиридиновое кольцо.[7] Протонирование азота пиридина позволяет азоту принимать дополнительный отрицательный заряд. Следовательно, из-за Arg219 образование промежуточного карбаниона, стабилизированного PLP, менее вероятно. Другая выявленная проблема заключалась в необходимости другого основного остатка для возврата Lys39 и Tyr265 обратно в их протонированные и непротонированные формы для L-аланина и наоборот для D-аланина. Watanabe et al. не обнаружили аминокислотных остатков или молекул воды, кроме карбоксилатной группы PLP-Ala, которые были бы достаточно близки (в пределах 4.5A) для протонирования или депротонирования Lys или Tyr. Это показано на рисунке 3.[3]
На основе кристаллических структур N- (5’-фосфопиридоксил) L-аланина (PKP-L-Ala (и N- (5’-фосфопиридоксил) D-аланина (PLP-D-Ala))
Watanabe et al. предложили альтернативный механизм в 2002 году, как показано на рисунке 4. В этом механизме карбоксилатные атомы кислорода PLP-Ala непосредственно участвуют в катализе, опосредуя перенос протона между Lys39 и Tyr265. Структура кристаллизации показала, что карбоксилатный кислород PLP-L-Ala по отношению к ОН Tyr265 составлял всего 3,6 А, а карбоксилатный кислород PLP-L-Ala по отношению к азоту Lys39 составлял только 3,5 А. Следовательно, оба были достаточно близки, чтобы вызвать реакцию.
Этот механизм поддерживается мутациями Arg219. Мутации, изменяющие Arg219 на карбоксилат, приводят к обнаружению хиноноидного промежуточного соединения, тогда как с аргинином его не обнаруживают.[8] Промежуточный аргинин имеет гораздо больше свободной энергии и более нестабилен, чем мутанты с кислотным остатком.[7] Дестабилизация промежуточного продукта способствует специфичности реакции.[8][9]
Рекомендации
- ^ а б Миллиган Дэниел Л .; и другие. (2007). «Аланиновая рацемаза Mycobacterium smegmatis необходима для роста в отсутствие D-аланина». Журнал бактериологии. 189 (22): 8381–8386. Дои:10.1128 / jb.01201-07. ЧВК 2168708. PMID 17827284.
- ^ Abe, H; Йошикава, Н. Sarower, M. G .; Окада, S (2005). «Физиологическая функция и метаболизм свободного D-аланина у водных животных». Биологический и фармацевтический бюллетень. 28 (9): 1571–7. Дои:10.1248 / bpb.28.1571. PMID 16141518.
- ^ а б c d Ватанабе, А., Йошимура, Т., Миками, Б., Хаяси, Х., Кагамияма, Х., Эсаки, Н. (2002) Механизм реакции аланин-рацемазы из Bacillus stearothermophilus: рентгеновские кристаллографические исследования связанного фермента внутри - (5'-фосфопиридоксил) аланин Journal of Biological Chemistry 277, 19166-19172.
- ^ а б Стампер, Г.Ф., Моролло, А.А., и Риндж, Д. (1998) Биохимия 37, 10438–10445
- ^ Моролло, А.А., Петско, Г.А., и Ринге, Д. (1999) Biochemistry 38, 3293–3301
- ^ а б c Шоу, Дж. П., Петско, Г. А., и Ринг, Д. (1997) Определение структуры аланинрацемазы из Bacillus stearothermophilus при разрешении 1.9-A. Biochemistry 36, 1329–1342
- ^ а б Тони, Майкл Д. (2004) Специфичность реакции в пиридоксальфосфатных ферментах, Архив биохимии и биофизики 433, 279-287.
- ^ а б Sun S., Toney, M.D. (1998) Доказательства двухосновного механизма, включающего тирозин-265 из мутантов аргинина-219 аланин-рацемазы. Биохимия 38, 4058-4065
- ^ Рубинштейн, А., Майор, Д. Т. (2010) Понимание каталитической специфичности в аланинрацемазе на основе квантово-механических молекулярно-механических моделей биохимии мутанта аргинина 210 49, 3957-3963.
дальнейшее чтение
- MARR AG, WILSON PW (1954). «Аланин рацемаза Brucella abortus». Arch. Biochem. Биофизы. 49 (2): 424–33. Дои:10.1016/0003-9861(54)90211-8. PMID 13159289.
- Вуд WA (1955). «Аминокислотные рацемазы». Методы Энзимол. Методы в энзимологии. 2: 212–217. Дои:10.1016 / S0076-6879 (55) 02189-7. ISBN 9780121818029.
- ДЕРЕВО WA, GUNSALUS IC (1951). «Образование D-аланина; рацемаза в Streptococcus faecalis». J. Biol. Chem. 190 (1): 403–16. PMID 14841188.
