Меню

Главная
Случайная статья
Настройки
АЛК-синтаза
Материал из https://ru.wikipedia.org

АЛК-синтаза, также синтаза аминолевулиновой кислоты (англ. ALA synthase, ALAS) — фермент (КФ 2.3.1.37), из семейства ацилтрансферазы (класс трансфераз), встречается у нерастительных организмов (животных и -протеобактерий) и катализирует реакцию синтеза -аминолевулиновой кислоты (дАЛК или АЛК) из глицина и сукцинил-КоА, путём их конденсации:
сукцинил-КоА + глицин -аминолевулиновая кислота + КоА + CO2.


В качестве кофермента используется молекула пиридоксаль-5'-фосфат (PLP).

Реакцию, которую он катализирует, иногда называют шеминовым путём образования АЛК[1]. Другие организмы — растения, археи и бактерии (кроме -протеобактерий) продуцируют АЛК с помощью трёх ферментативных путей, известных как С5-пути (так называемый путь Биля)[2]. Аминолевулиновая кислота служит одним из важнейших промежуточных метаболитов в синтезе тетрапирролов — порфиринов (у животных) и корринов (у бактерий) и хлорофиллов (у растений)[3].

У человека транскрипция AЛК-синтазы строго контролируются присутствием Fe2+-связывающих элементов (IRE), чтобы предотвратить накопление промежуточных соединений порфирина в отсутствие железа. В организме существуют две формы АЛК-синтазы. Одна форма экспрессируется в клетках-предшественниках эритроцитов (ALAS2, эритроцитарная), тогда как другая (ALAS1, убиквитарная), экспрессируется во всех тканях и органах тела. Эритроцитарная форма фермента кодируется одноимённым геном ALAS2, который локализован на X-хромосоме[4][5][6], тогда как убиквитарная форма (ALAS1) кодируется геном, расположенным на 3-й хромосоме[4][6]. Матричные РНК обеих форм имеют сходство на 60 %. Длина полипептидной цепи эритроцитарной формы АЛК-синтазы (ALAS2) составляет 587 аминокислотных остатков, а молекулярная масса — 64633 Да. Длина полипептидной цепи убиквитарной формы АЛК-синтазы (ALAS1) составляет 640 аминокислотных остатков, а молекулярная масса соответственно — 70581 Да.

Содержание

Структура

PLP-зависимые ферменты широко распространены, поскольку они необходимы для превращения аминокислот в другие метаболиты[3]. ALAS представляет собой гомодимер с субъединицами аналогичного размера, а активные центры состоят из боковых цепей аминокислот, таких как аргинин, треонин и лизин, существуют на границе раздела субъединиц[3]. Белок, извлечённый из R. spheroids, содержит 1600 фолдов и весит около 80 000 дальтон[7]. Ферментативная активность различается в зависимости от источников фермента[7].

Механизм катализа

В активных центрах АЛК-синтаз используются три ключевые боковые цепи аминокислот: Arg-85, Thr-430 и Lys-313. Хотя было установлено, что эти три аминокислоты позволяют протекать этой реакции (синтез аминолевулината), но аминокислотная триада была бы неактивна без добавления кофермента пиридоксаль-5'-фосфата (PLP), роль которого в данном синтезе подробно показана на изображении ниже. Прежде чем произойдёт реакция, кофермент PLP связывается с боковой цепью лизина, образуя основание Шиффа, которое способствует атаке глициновым субстратом[8][9][10][11]. Лизин действует как общее основание во время этого механизма[3][12]. В подробном механизме реакции добавленные ионы гидроксония происходят из различных остатков, которые образуют водородные связи для облегчения синтеза АЛК[3]. АЛК-синтаза удаляет карбоксильную группу из глицина и КоА из сукцинил-КоА с помощью своего кофермента пиридоксальфосфата (производного витамина В6), образуя -аминолевулиновую кислоту (дАЛК), названную так потому, что аминогруппа находится на четвёртом атоме углерода в молекуле. Этот механизм реакции особенно уникален по сравнению с другими ферментами, которые используют кофактор PLP, потому что глицин изначально депротонируется высококонсервативным лизином в активном центре, что приводит к конденсации с сукцинил-КоА и потере КоА. Протонирование карбонильной группы интермедиата (промежуточного соединения) гистидином в активном центре приводит к потере карбоксильной группы. Последнее промежуточное соединение (интермедиат), наконец, репротонируется с образованием АЛК. Диссоциация АЛК от фермента является лимитирующей стадией ферментативной реакции и, как было показано, зависит от медленного конформационного изменения фермента. Функция пиридоксальфосфата заключается в облегчении удаления водорода за счёт использования электрофильного пиридиниевого кольца в качестве «поглотителя» электронов.


Локализация этого фермента в биологических системах указывает на обратную связь, которую он может получать. АЛК-синтаза обнаружена в бактериях, дрожжах, печени птиц и млекопитающих, клетках крови и костном мозге. В животных клетках АЛК-синтаза локализуется в матриксе митохондрий. Поскольку фермент, по-видимому, расположен рядом с источником сукцинил-КоА, а конец синтеза молекул гема указывает на то, что начальная и конечная точки биосинтеза гема служат обратной связью для АЛК-синтазы[7]. АЛК-синтаза также ингибируется гемином и глюкозой[13].

Функции

ALAS1 и ALAS2 катализируют первую стадию в процессе синтеза гема. Эта стадия является необратимой, которая также и скорость лимитирующая (самая медленная и определяющая скорость протекания всего процесса). Например, два субстрата, оксалоацетат и глицин, в высокой степени синтезируются и используются в других важных биологических процессах, таких как гликолиз и цикл Кребса. Изображение ниже иллюстрирует путь синтеза гема и роль, которую играет ALAS.

Заболевания

Дефицит АЛК-синтазы приводит к полному прекращению синтеза гема, поскольку главная функция данного фермента заключается в том, чтобы катализировать первый шаг в процессе синтеза молекул гема. Эти недостатки часто являются результатом генетической мутации, которая может привести к различным заболеваниям. Одним из таких заболеваний является сцепленная с Х-хромосомой сидеробластная анемия, которая приводит к появлению микроцитарных эритроцитов в костном мозге[14]. Это заболевание связано именно с мутациями в гене, кодирующий ALAS2[14].

Гиповитаминоз В6, редко встречается (например, при неправильном приёме противотуберкулёзных препаратов), однако, его наличие приводит к приобретённой форме сидеробластной анемии, так как необходимый для синтеза АЛК, пиридоксальфосфат находится в недостаточных концентрациях.

Примечания
  1. Shemin, David; Rittenberg, D (18 июня 1945). The utilization of glycine for the synthesis of a porphyrin. Journal of Biological Chemistry. 159: 567–568.
  2. Beale S.I. Biosynthesis of the Tetrapyrrole Pigment Precursor, delta-Aminolevulinic Acid, from Glutamate (англ.) // Plant Physiology : journal. — American Society of Plant Biologists, 1990. — August (vol. 93, no. 4). — P. 1273—1279. — PMID 16667613. — PMC 1062668.
  3. 1 2 3 4 5
  4. 1 2
  6. 1 2 Entrez Gene: Delta-aminolevulinate synthase 2. Архивировано 12 апреля 2010 года.
  7. 1 2 3
  8. ALA synthase. flipper e nuvola. Turin University. Дата обращения: 10 марта 2016. Архивировано 28 января 2023 года.
  14. 1 2


Внешние ссылки
Downgrade Counter