Fenilalanin ammiak-liaza - Phenylalanine ammonia-lyase

fenilalanin ammiak-liaza
Fenilalanin ammiak lyase.png
1T6J asosida PDB ko'rsatish.
Identifikatorlar
EC raqami4.3.1.24
CAS raqami9024-28-6
Ma'lumotlar bazalari
IntEnzIntEnz ko'rinishi
BRENDABRENDA kirish
ExPASyNiceZyme ko'rinishi
KEGGKEGG-ga kirish
MetaCycmetabolik yo'l
PRIAMprofil
PDB tuzilmalarRCSB PDB PDBe PDBsum
Gen ontologiyasiAmiGO / QuickGO

Fenilalanin ammiak liazasi (EC 4.3.1.24 ) an ferment bu kataliz qiladi reaktsiyani konvertatsiya qilish L-fenilalanin ga ammiak va trans-kimyoviy kislota.[1] Fenilalanin ammiak liazasi (PAL) birinchi va qilingan qadam ichida fenil propanoid yo'li va shuning uchun biosintez ning polifenol kabi birikmalar flavonoidlar, fenilpropanoidlar va lignin yilda o'simliklar.[2][3] Fenilalanin ammiak liazasi o'simliklarda, shuningdek ayrimlarida keng tarqalgan bakteriyalar, xamirturush va qo'ziqorinlar, bilan izoenzimlar turli xil turlarda mavjud. Unda molekulyar massa 270-330 oralig'idakDa.[1][4] PALning faolligi to'qimalarni yaralash kabi turli xil ogohlantirishlarga javoban keskin ravishda indüklenir, patogen hujum, yorug'lik, past harorat va gormonlar.[1][5] Yaqinda PAL kasallangan odamlarda terapevtik foyda olish uchun o'rganildi fenilketonuriya.[6] Bundan tashqari, avlodida ishlatilgan L-fenilalanin tatlandırıcı aspartam.[7]

Ferment ammiak tarkibiga kiradi liza uglerod-azot birikmalarini uzuvchi oila. Boshqa liazlar singari, PAL ham bittasini talab qiladi substrat oldinga reaktsiya uchun, aksincha ikkitasi. Mexanik jihatdan bog'liq fermentga o'xshash deb o'ylashadi gistidin ammiak-liaza (EC: 4.3.1.3, HAL).[8] The sistematik ism bu fermentlar sinfiga kiradi L-fenilalanin ammiak-liaza (trans-kinamat hosil qiluvchi). Ilgari, u belgilangan edi EC 4.3.1.5, ammo bu sinf EC 4.3.1.24 (fenilalanin ammiak-liazalar) sifatida qayta ishlab chiqilgan, EC 4.3.1.25 (tirozin ammiak-liazalar) va EC 4.3.1.26 (fenilalanin / tirozin ammiak-liazalar). Umumiy foydalanishdagi boshqa nomlarga quyidagilar kiradi tirase, fenilalanin deaminaz, tirozin ammiak-liaza, L-tirozin ammiak-liaza, fenilalanin ammoniy-liaza, PALva L-fenilalanin ammiak-liaza.

Mexanizm

Fenilalanin ammiak liazasi uchun xosdir L- ozgina bo'lsa ham, L-tirozin.[9][10] PAL tomonidan katalizlanadigan reaktsiya o'z-o'zidan paydo bo'ladi yo'q qilish reaktsiyasi o'rniga oksidlovchi dezaminatsiya.[11]

L-fenilalanin trans-kimyoviy kislota + NH3

The kofaktor 3,5-dihidro-5-metildien-4H-imidazol-4-bir (MIO) reaksiyada ishtirok etadi va faol uchastkada uchta qutbli spiralning musbat qutbining tepasida o'tiradi, bu uning ko'payishiga yordam beradi. elektrofillik.[12] MIO ga hujum qilinadi aromatik halqa ning L-phe, bu deprotonatsiya uchun a-ga uglerodda C-H bog'lanishini faollashtiradi Asosiy qoldiq.[13][14] The karbanion oraliq bu E1cB-yo'q qilish reaktsiyasi faol uchastkada qisman musbat mintaqalar tomonidan stabillashadigan, so'ngra ammiakni chiqarib tashlab, darchin alkenini hosil qiladi. PAL reaktsiyasi mexanizmi bog'liq ferment gistidin ammiak liaza mexanizmiga o'xshash deb o'ylashadi.[13]

Ala-Ser-Gly tripeptididan MIO kofaktorining suvni yo'q qilishning ikki bosqichi orqali avtokatalitik shakllanishi.[15]

Dehidroalanin qoldig'i uzoq vaqt davomida PAL va HAL tarkibidagi asosiy elektrofilik katalitik qoldiq deb o'ylagan edi, ammo keyinchalik uning o'rniga qoldiq MIO topildi, bu esa undan ham ko'proq elektrofilikdir.[16][17] Konservalangan Ala-Ser-Gly tripeptid segmentining siklizatsiyasi va dehidratsiyasi natijasida hosil bo'ladi. MIO hosil bo'lishining birinchi bosqichi Gly204 azotining Ala202 karbonil guruhiga molekula ichidagi nukleofil hujumi bilan tsiklizatsiyani yo'q qilishdir. Ser203-ning yon zanjiridan keyingi suvni yo'q qilish o'zaro bog'langan er-xotin bog'lanishlar tizimini yakunlaydi.[15] Fenilalanin ammiak liaza uchun raqamlar berilgan Petroselinum tiniq (PDB 1W27). MIO polipeptid modifikatsiyasi bo'lsa-da, uni protez guruhi deb atash taklif qilindi, chunki u qo'shilgan organik birikmaning sifatiga ega.[8]

PAL trans-kinnamik kislota tomonidan inhibe qilinadi va ba'zi turlarda ular tomonidan inhibe qilinishi mumkin trans-dolnamik kislota hosilalari.[1][18] The tabiiy bo'lmagan aminokislotalar D.-Phe va D.-Tyr, the enantiomerik normal substratning shakllari raqobatdosh inhibitorlar.[9]

Tuzilishi

PAL faol sayti

Fenilalanin ammiak liazasi asosan to'rtta bir xil bo'linmalardan iborat alfa-spirallar, juftliklari bilan monomerlar bitta shakllantirish faol sayt.[17] Katalizni PAL boshqarishi mumkin dipolli lahzalar faol sayt bilan bog'liq bo'lgan etti xil alfa spirallardan.[19] Faol uchastkada uchta spiralga kovalent bo'lmagan bog'langan elektrofil guruhi MIO mavjud. Leu266, Asn270, Val269, Leu215, Lys486 va Ile472 faol uchastkalarda joylashgan bo'lib, Phe413, Glu496 va Gln500 MIO kofaktorining barqarorlashuviga hissa qo'shadi. Faol uchastkada spirallar tomonidan hosil qilingan dipol momentlarining yo'nalishi MIO bilan ideal reaktivlik uchun elektropozitiv mintaqani hosil qiladi. Faol hududdagi qisman ijobiy hududlar, shuningdek, karbanion qidiruv vositasining zaryadini barqarorlashtirishga yordam beradi. PAL mexanik jihatdan bog'liq bo'lgan histidin ammiak liaziga o'xshaydi, ammo PALda taxminan 215 ta qo'shimcha qoldiq mavjud.[17]

Funktsiya

Fenilalanin ammiak liazasi har xil turlarda har xil funktsiyalarni bajarishi mumkin. U asosan ba'zi o'simliklar va qo'ziqorinlarda (ya'ni xamirturush) uchraydi. Qo'ziqorin va xamirturush hujayralarida PAL muhim rol o'ynaydi katabolik rol, ishlab chiqaruvchi uglerod va azot.[2] O'simliklarda bu turli xil polifenil birikmalar sintezining birinchi bosqichini katalizlovchi asosiy biosintez fermenti. [2][3] va asosan mudofaa mexanizmlari bilan shug'ullanadi. PAL 5-da ishtirok etadi metabolik yo'llar: tirozin metabolizmi, fenilalanin metabolizmi, azot almashinuvi, fenilpropanoid biosintezi va alkaloid biosintezi.

Kasallikning dolzarbligi

Fenilketonuriyani (PKU) davolash uchun PAL yordamida fermentlarni almashtirish terapiyasi, odamlarda autosomal retsessiv genetik kasallik bo'lib, unda mutatsiyalar fenilalanin gidroksilaza (PAH, EC 1.14.16.1) gen fermentni inaktiv qiladi, o'rganilmoqda.[6] Bu bemorning fenilalaninni metabolizmga qodir emasligiga olib keladi va qonda Phe miqdorini oshiradi (giperfenilalaninemiya ) va agar tug'ilish paytida terapiya boshlanmasa, aqliy zaiflik.[6]

2018 yil may oyida FDA tomonidan tasdiqlangan pegvaliase, a rekombinant PEGillangan tomonidan ishlab chiqarilgan PKUni davolash uchun fenilalanin ammiak-liaza Biomarin.[20][21]

Tadqiqot

Sun'iy tatlandırıcılar

PAL tomonidan katalizlangan teskari reaktsiya konvertatsiya qilish uchun ishlatilgan trans-kimyoviy kislota L-phenilalanin, bu aspartam tatlandırıcısının kashfiyotchisi. Ushbu jarayon Genex korporatsiyasi tomonidan ishlab chiqilgan, ammo hech qachon tijorat maqsadlarida qabul qilinmagan.[22]

Tabiiy bo'lmagan aminokislota sintezi

Aspartamning qanday sintez qilinishiga o'xshash PAL sintez qilish uchun ham ishlatiladi tabiiy bo'lmagan aminokislotalar turli xil almashtirilgan doljin kislotalari tadqiqot maqsadida.[23] Sterik to'siq dan areni almashtirish shu bilan birga PAL dasturini cheklaydi.[24] Masalan, qachon Rhodotorula glutinis bunga ta'sir qilish uchun ishlatilgan biotransformatsiya ferment hammaga toqat qilmasligi aniqlandi paragraf dan boshqa o'rinbosarlar F, elementning kichikligi sababli atom radiusi. Meta va orto pozitsiyalar ko'proq bardoshli, ammo baribir kattaroq o'rinbosarlar bilan cheklangan. Masalan, ferment faol sayt ruxsat berilgan orto metoksi almashtirish, ammo taqiqlangan meta etoksi. Fermentning turli xil versiyalariga ega bo'lgan boshqa organizmlar shu tarzda kamroq cheklangan bo'lishi mumkin.[25][26]

Strukturaviy tadqiqotlar

2007 yil oxiriga kelib, 5 tuzilmalar bilan fermentlarning ushbu klassi uchun hal qilingan PDB qo'shilish kodlari 1T6J, 1T6P, 1W27, 1Y2M va 2NYF.

Adabiyotlar

  1. ^ a b v d Camm EL, Towers G (1973 yil 1-may). "Fenilalanin ammiak liazasi". Fitokimyo. 12 (5): 961–973. doi:10.1016/0031-9422(73)85001-0.
  2. ^ a b v Fritz RR, Hodgins DS, Abell CW (1976 yil avgust). "Fenilalanin ammiak-liaza. Induktsiya va xamirturushdan tozalash va sutemizuvchilarda tozalash". Biologik kimyo jurnali. 251 (15): 4646–50. PMID  985816.
  3. ^ a b Tanaka Y, Matsuoka M, Yamanoto N, Ohashi Y, Kano-Murakami Y, Ozeki Y (avgust 1989). "Shirin kartoshkaning kesilgan shikastlangan ildizlaridan fenilalanin ammiak-liaza uchun cDNA klonining tuzilishi va tavsifi". O'simliklar fiziologiyasi. 90 (4): 1403–7. doi:10.1104 / pp.90.4.1403. PMC  1061903. PMID  16666943.
  4. ^ Appert C, Logemann E, Hahlbrock K, Shmid J, Amrhein N (oktyabr 1994). "Petrushka tarkibidagi to'rtta fenilalanin ammiak-liaza izoenzimlarining strukturaviy va katalitik xususiyatlari (Petroselinum crispum Nym.)". Evropa biokimyo jurnali. 225 (1): 491–9. doi:10.1111 / j.1432-1033.1994.00491.x. PMID  7925471.
  5. ^ Xahlbrok K, Grisebax H (1 iyun 1979). "Lignin va Flavonoidlar biosintezidagi fermentlarni boshqarish". O'simliklar fiziologiyasining yillik sharhi. 30 (1): 105–130. doi:10.1146 / annurev.pp.30.060179.000541.
  6. ^ a b v Sarkissian CN, Gámez A (dekabr 2005). "Fenilalanin ammiak liazasi, fenilketonuriya uchun fermentlarni almashtirish terapiyasi, biz hozir qayerdamiz?". Molekulyar genetika va metabolizm. 86 Qo'shimcha 1: S22-6. doi:10.1016 / j.ymgme.2005.06.016. PMID  16165390.
  7. ^ Evans C, Xanna K, Konrad D, Peterson V, Misava M (1 fevral 1987). "Fenilalanin ammiak-liaza (PAL) ishlab chiqarish: L-fenilalaninni tijorat ishlab chiqarish uchun mos bo'lgan xamirturush shtammlarini ajratish va baholash". Amaliy mikrobiologiya va biotexnologiya. 25 (5): 406–414. doi:10.1007 / BF00253309. S2CID  40066810.
  8. ^ a b Shved TF, Rétey J, Schulz GE (1999 yil aprel). "Gistidin ammiak-liazaning kristalli tuzilishi katalitik elektrofil sifatida yangi polipeptid modifikatsiyasini ochib beradi". Biokimyo. 38 (17): 5355–61. doi:10.1021 / bi982929q. PMID  10220322.
  9. ^ a b Hodgins DS (1971 yil may). "Xamirturush fenilalanin ammiak-liaza. Tozalash, xossalari va katalitik jihatdan muhim dehidroalaninni aniqlash". Biologik kimyo jurnali. 246 (9): 2977–85. PMID  5102931.
  10. ^ Barros J, Serrani-Yarce JC, Chen F, Baxter D, Venables BJ, Dikson RA (may 2016). "Ikki funktsional ammiak-liazning o't hujayra devorlari biosintezidagi o'rni". Tabiat o'simliklari. 2 (6): 16050. doi:10.1038 / nplants.2016.50. PMID  27255834. S2CID  3462127.
  11. ^ Koukol J, Conn EE (1961 yil oktyabr). "Yuqori o'simliklarda aromatik birikmalarning metabolizmi. IV. Hordeum vulgare fenilalanin deaminazasining tozalanishi va xususiyatlari". Biologik kimyo jurnali. 236: 2692–8. PMID  14458851.
  12. ^ Alunni S, Cipiciani A, Fioroni G, Ottavi L (2003 yil aprel). "Fenolalanin ammiak-liazani fenol inhibitörleri va fenol / glisin sinergik inhibitörleri tomonidan inhibisyon mexanizmlari". Biokimyo va biofizika arxivlari. 412 (2): 170–5. doi:10.1016 / s0003-9861 (03) 00007-9. PMID  12667480.
  13. ^ a b Langer B, Langer M, Rétey J (2001). "Gistidin va fenilalanin ammiak-liazadan metiliden-imidazolon (MIO)". Proteinlar kimyosidagi yutuqlar. 58: 175–214. doi:10.1016 / s0065-3233 (01) 58005-5. ISBN  9780120342587. PMID  11665488.
  14. ^ Frey PA, Hegeman AD (2007). "Metilen imidazolonga bog'liq eliminatsiya va qo'shilish: fenilalanin ammiak-liaza". Fermentatik reaksiya mexanizmlari. Oksford universiteti matbuoti. pp.460 –466. ISBN  9780195352740.
  15. ^ a b Ritter H, Schulz GE (2004 yil dekabr). "Fenilalanin ammiak-liaza tomonidan katalizlangan fenilpropanoid metabolizmiga kirishning tarkibiy asoslari". O'simlik hujayrasi. 16 (12): 3426–36. doi:10.1105 / tpc.104.025288. PMC  535883. PMID  15548745.
  16. ^ Reti, Xanos (2003). "Metiliden imidazolonning kashfiyoti va roli, yuqori darajada elektrofil protez guruhi". Biochimica et Biofhysica Acta (BBA) - Oqsillar va Proteomikalar. 1647 (1–2): 179–184. doi:10.1016 / S1570-9639 (03) 00091-8. PMID  12686130.
  17. ^ a b v Calabrese JC, Jordan DB, Boodhoo A, Sariaslani S, Vannelli T (sentyabr 2004). "Fenilalanin ammiak liazasining kristalli tuzilishi: katalizga aloqador ko'p spiralli dipollar". Biokimyo. 43 (36): 11403–16. doi:10.1021 / bi049053 +. PMID  15350127.
  18. ^ Sato T, Kiuchi F, Sankawa U (1 yanvar 1982). "Fenilalanin ammiak-liazaning kinamik kislota hosilalari va unga aloqador birikmalar tomonidan inhibatsiyasi". Fitokimyo. 21 (4): 845–850. doi:10.1016/0031-9422(82)80077-0.
  19. ^ Pilbák S, Tomin A, Rétey J, Poppe L (mart 2006). "Muhim tirozin o'z ichiga olgan pastadir konformatsiyasi va eukaryotik fenilalanin ammiak-liazalarda C-terminalli ko'p spiralli mintaqaning roli". FEBS jurnali. 273 (5): 1004–19. doi:10.1111 / j.1742-4658.2006.05127.x. PMID  16478474. S2CID  33002042.
  20. ^ Kuchlar M (2018 yil 29-may). "Biomarin aces yakuniy imtihon: Palynziq kattalardagi PKUni davolash uchun FDA tomonidan tasdiqlangan". BioWorld.
  21. ^ Levy HL, Sarkissian CN, Stivens RC, Scriver CR (iyun 2018). "Fenilalanin ammiak liazi (PAL): kashfiyotdan fenilketonuriya uchun fermentlarni almashtirish terapiyasigacha". Molekulyar genetika va metabolizm. 124 (4): 223–229. doi:10.1016 / j.ymgme.2018.06.002. PMID  29941359.
  22. ^ Straathof AJ, Adlercreutz P (2014). Amaliy biokataliz. CRC Press. p. 146. ISBN  9781482298420.
  23. ^ Xyuz A (2009). Organik kimyo tarkibidagi aminokislotalar, peptidlar va oqsillar 1-jild. Vaynxaym Germaniya: Vili VCH. p. 94. ISBN  9783527320967.
  24. ^ Renar G, Gilyu J, B Bor C, Malta-Valette V, Lerner D (1992). "Rhodotorula glutinis tomonidan L-fenilalanin analoglarini sintezi. Sinnam kislotalar hosilalarining biokonversiyasi". Biotexnologiya xatlari. 14 (8): 673–678. doi:10.1007 / BF01021641. S2CID  46423586.
  25. ^ Lovelock SL, Turner NJ (oktyabr 2014). "Bakterial Anabaena variabilis fenilalanin ammiak liaza: keng substrat o'ziga xosligi bo'lgan biokatalizator". Bioorganik va tibbiy kimyo. 22 (20): 5555–7. doi:10.1016 / j.bmc.2014.06.035. PMID  25037641.
  26. ^ Shou D, Xirobumi A. "Mikroorganizmlar tomonidan L-fenilalanin hosilalarini ishlab chiqarish jarayoni". Google patentlari. Xirobumi markaziy tadqiqot laboratoriyasi. Olingan 20 iyul 2014.

Qo'shimcha o'qish