From Wikipedia, the free encyclopedia
Cistationin-β-sintaza, znna I kao CBS (EC 4.2.1.22), jest enzim koji je kod ljudi kodiran genom CBS sa hromosoma 21. Katalizira prvi korak puta transsulfuracije, od homocisteina do cistationina:[5]
CBS koristi kofaktor piridoksal-fosfat (PLP) i može se alosterno regulisati efektorima kao što je sveprisutni kofaktor S-adenozil-L-metionin (adoMet). Ovaj enzim pripada porodici lijaza, tačnije, hidro-lijaza, koje cijepaju veze ugljik-kisik.
CBS je multidomenski enzim sastavljen od N-terminalnog enzimskog domena i dva CBS-domena. CBS gen je najčešći lokus za mutacije povezane sa homocistinurijom.[6][7]
Ljudski enzim cistationin β-sintaza je tetramer i sastoji se od 551 aminokiselina sa molekulskom težinom podjedinice od 61 kDa. Prikazuje modularnu organizaciju od tri modula sa N-terminalnim hemskim domenom, praćenim jezgrom koje sadrži kofaktor PLP.[9] Kofaktor je duboko u domenu hema i povezan je Schiffovom bazom.[10] A Schiffova baza je funkcionalna grupa koja sadrži C=N vezu sa atomom dušika koji je povezan s aril ili alkil grupom. Domen hema sastoji se od 70 aminokiselina i čini se da hem postoji samo u sisarskim CBS i da ga nema u CBS kvasaca i Protozoa. Na C-terminalu, regulatorni domen CBS-a sadrži tandemsko ponavljanje dva CBS domena β-α-β-β-α, sekundarnog strukturnog motiva koji se nalazi u drugim proteinima.[9] CBS ima C-terminalni inhibitorni domen. C-terminalni domen cistationin β-sintaze reguliše svoju aktivnost putem intrasternih i alosternih efekata i važan je za održavanje tetramernog stanja proteina.[9] Ova inhibicija ublažava se vezivanjem alosternih efektora, adoMet ili delecijom regulatornog domena; međutim, veličina efekata se razlikuje.[9] Mutacije u ovom domenu su u korelacijama sa nasljednim bolestima.[11]
Domen hema sadrži N-terminalnu petlju koja vezuje hem i obezbeđuje aksijalne ligande C52 i H65. Udaljenost hema od mjesta PLP-a sugerira njegovu neulogu u katalizi, međutim deleije hemskog domena uzrokuju gubitak redoks osjetljivosti; stoga se pretpostavlja da je hem redoks senzor.[10] Prisustvo protoporfirina IX u CBS je jedinstveni enzim zavisan od PLP-a i nalazi se samo u CBS-u sisara. D. melanogaster i D. discoides imaju skraćene ekstenzije N-terminala i stoga sprečavaju konzervirane histidinske i cisteinske ostatke hemskog liganda.
Međutim, sekvenca Anopheles gambiae ima duži N-terminalni produžetak od ljudskog enzima i sadrži konzervirane histidinske i cisteinske hemne ostatke liganda poput ljudskog hema. Stoga je moguće da su CBS u plijesni i insektima hemeproteini koji sugeriraju da je hemski domen rana evolucijska inovacija koja je nastala prije razdvajanja životinja i sluzavih plijesni.[9] PLP je unutrašnji aldimin i formira Schiffovu bazu sa K119 u aktivnom mjestu. Između katalitskog i regulatornog domena postoji preosjetljivo mjesto koje uzrokuje proteolitsko cijepanje i proizvodi skraćeni dimerni enzim koji je aktivniji od originalnog enzima. AdoMet ne reguliše i skraćeni enzim i enzim koji se nalazi u kvascu. Enzim kvasca se također aktivira delecijom C-terminala kako bi se proizveo dimerni enzim.[9]
Od kraja 2007., dvije strukture su riješene za ovu klasu enzima, sa PDB pristupnim kodovima 1JBQ i 1M54 .
Transsulfuracija, koju katalizira CBS, pretvara homocistein u cistation, koji cistation gama lijaza pretvara u cistein.[12]
CBS zauzima ključnu poziciju u metabolizmu sumpora kod sisara na spoju homocisteina, gdje se donosi odluka da se metionin komnzervira ili pretvori u cistein putem puta transsulfuracije. Štaviše, put transsulfuracije je jedini put koji može ukloniti aminokiseline koji sadrže sumpor u uslovima viška.[9]
Analogno drugim enzimima β-zamjenjivanja, predviđa se da će reakcija koju katalizira CBS uključiti niz adoMet-vezanih intermedijera. Dodavanje serina rezultira reakcijom transchiffizacijom, koja formira vanjski aldimin. Aldimin se podvrgava apstrakciji protona na α-ugljiku , nakon čega slijedi eliminacija da bi se dobio amino-akrilatski intermedijer. Nukleofilni napad tiolata homocisteina na aminoakrilat i reprotonacija na Cα, stvaraju vanjski aldimin cistationina. Konačna reakcija transaldiminacije oslobađa konačni proizvod, cistationin.[9] Konačni proizvod, L-cistationin također može formirati aminoakrilatni intermedijer, što ukazuje da je cijela reakcija CBS-a reverzibilna.[13]
Izmjereni V0 reakcije katalizirane enzimom, općenito, odražava stabilno stanje (gdje je [ES] konstantan), iako je V0 ograničen na rani dio reakcije, a analiza ovih početnih brzina se naziva kinetikom stabilnog stanja. Kinetička analiza kvasca CBS u stabilnom stanju daje paralelne linije. Ovi rezultati slažu se s predloženim ping-pong mehanizmom u kojem je vezivanje serina i oslobađanje vode praćeno vezivanjem homocisteina i oslobađanjem cistationina. Nasuprot tome, stabilno stanje enzimske kintike CBS-a pacova daje linije koje se sijeku, što ukazuje da se β-supstituent serina ne oslobađa iz enzima prije vezivanja homocisteina.[9]
Jedna od alternativnih reakcija koja uključuje CBS je kondenzacija cisteina sa homocisteinom da nastane cistationin i sulfid-vodik (H2S).[13] H< sub>2S u mozgu se proizvodi iz L-cisteina od strane CBS-a. Ovaj alternativni metabolički put takođe zavisi od adoMet.[14]
Aktivnost CBS enzima nije prisutna u svim tkivima i ćelijama. Ne postoji u srcu, plućima, sjemenicima, nadbubrežnim žlijezdama i slezeni kod pacova. Kod ljudi se pokazalo da ga nema u srčanom mišiću i primarnim kulturama ljudskih endotelnih aortnim ćelijama. Nedostatak CBS-a u ovim tkivima implicira da nisu u stanju sintetizirati cistein i da se on mora pribavljati iz vanćelijskih izvora. Također sugerira da ova tkiva mogu imati povećanu osjetljivost na toksičnost homocisteina, jer ne mogu katabolizirati višak homocisteina putem transsulfuracije.[13]
Alostena aktivacija CBS-a pomoću adoMet određuje metaboličku sudbinu homocisteina. CBS kod sisara aktivira AdoMet 2,5-5 put sa konstantom disocijacije od 15 μM.[6] AdoMet je alosterni aktivator koji povećava Vmax CBS reakcije, ali ne utiče na Km za podloge. Drugim riječima, AdoMet stimuliše aktivnost CBS-a povećavajući stopu obrta, a ne vezivanje supstrata za enzim.[9] Ovaj protein može koristiti morfeinski model alosterne regulacije.[15]
Ljudski CBS obavlja ključni korak u biosintetskom putu cisteina, tako što pruža regulatornu kontrolnu tačku za AdoMet. Homocistein, nakon što je metiliran u metionin, može se pretvoriti u AdoMet, koji donira metil grupe raznim supstratima, npr. neurotransmiterima, proteinima i nukleinskim kiselinama. AdoMet funkcioniše kao alosterni aktivator CBS-a i vrši kontrolu nad njegovom biosintezom: niske koncentracije AdoMet-a rezultiraju niskom aktivnošću CBS-a, čime se homocistein usmjerava u transmetilaciju prema formiranju AdoMet-a. Nasuprot tome, visoke koncentracije adoMet-a usmjeravaju homocistein u transsulfuracijski put prema biosintezi cisteina.[16]
Kod sisara, CBS je visoko regulirani enzim, koji sadrži hemski kofaktor koji funkcionira kao redoksni senzor,[11] koji može modulirati njegovu aktivnost, kao odgovor na promjene u redoks potencijalu. Ako oblik CBS-a u stanju mirovanja u ćeliji ima fero (Fe2+) hem, postoji potencijal za aktiviranje enzima u oksidirajućim uvjetima, pretvaranjem u feri (Fe 3+) stanje.[9] Fe2+ oblik enzima se inhibira pri vezivanju CO ili dušik-oksida, dok se aktivnost enzima udvostručuje kada se Fe2+ se oksidira u Fe3+. Redoks stanje hema zavisi od pH vrednosti, pri čemu je oksidacija Fe2+–CBS u Fe3+–CBS favorizovana u uslovima niskog pH.[17]
Budući da CBS kod sisara sadrži hemski kofaktor, dok enzim kvasca i protozoa iz Trypanosoma cruzi nemaju kofaktore hema, spekuliralo se da hem nije potreban za aktivnost CBS.[9]
CBS je regulisan na nivou transkripcije pomoću NF-Y, SP-1 i SP-3. Osim toga, on je povećano transkripcijski reguliran glukokortikoidima i glikogenom, a smanjen je insulinom. Metionin reguliše CBS na posttranskripcijskom nivou.
Downov sindrom je medicinsko stanje koje karakterizira prekomjerna ekspresija cistationin beta sintaze (CBS) i nizak nivo homocisteina u krvi. Nagađalo se da bi prekomjerna ekspresija cistationin beta sintaza mogla biti glavni krivac za ovu bolest (zajedno sa disfunkcijom GabaA i Dyrk1a). Fenotip Downovog sindroma je suprotan hiperhomocisteinemiji (opisano u nastavku). Farmakološke inhibitore CBS-a patentirala je i obavila testiranja fondacija Jerome Lejeune (novembar 2011.) (u planu su životinje i ljudi).
Hiperhomocisteinemija je medicinsko stanje koje karakteriše abnormalno visok nivo homocisteina u krvi. Mutacije u CBS-u jedini su najčešći uzrok nasljedne hiperhomocisteinemije. Genetički defekti koji utiču na enzimske puteve MTHFR, MTR i MTRR/MS mogu također doprineti visokim nivoima homocisteina. Urođene greške u CBS rezultiraju hiperhomocisteinemijom sa komplikacijama u [[[krvotok|kardiovaskularnom sistemu]], koje dovode do rane i agresivne arterijske bolesti. Hiperhomocisteinemija takođe utiče na tri druga glavna organska sistema uključujući očni, centralni nervni i skeletni.[9] Homocistinurijka zbog nedostatka CBS-a je poseban tip hiperhomocisteinemije. To je rijetka, nasljedna autosomna recesivna bolest, koja se općenito dijagnosticira u djetinjstvu. Identificirana je ukupno 131 različitoj mutaciji koje uzrokuje homocistinuriju. Uobičajena funkcionalna karakteristika mutacija u CBS domenima je da mutacije ukidaju ili snažno smanjuju aktivaciju adoMet.[16] Nije otkriven specifičan lijek za homocistinuriju ; međutim, mnogi ljudi se liječe visokim dozama vitamina B6, koji je kofaktor CBS-a.
Cistationin beta-sintaza (CBS) uključena je u razvoj oocita. Međutim, malo se zna o regionalnim i ćelijskim obrascima ekspresije CBS-a u jajnicima i istraživanja su sada fokusirana na određivanje lokacije i ekspresije tokom razvoja folikula u jajnicima.[18]
Odsustvo cistationin beta-sintaze kod miševa izaziva neplodnost zbog gubitka ekspresije proteina u maternici.[19]
Geni koji kontrolišu ekspresiju CBS enzima možda neće raditi sa 100% efikasnošću kod osoba koje imaju jedan od SNP-ova ( jednonukleotidnim polimorfizama, polimorfizam poznatiji kao mutacije) koji utiču na ovaj gen. Poznate varijante uključuju A360A, C699T, I278T, N212N i T42N SNP (između ostalih). Ovi SNP-ovi, koji imaju različite efekte na efikasnost enzima, mogu se otkriti standardnim metodama DNK-testiranja.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.