Loading AI tools
Из Википедии, свободной энциклопедии
АЛК-дегидратаза, также дегидратаза δ-аминолевулиновой кислоты (англ. Aminolevulinic acid dehydratase, сокр. ALAD) или порфобилиногенсинтаза (англ. Porphobilinogen synthase, сокр. PBGS) — фермент (КФ 4.2.1.24) семейства дегидратаз (класса лиазы), который катализирует асимметричную реакцию межмолекулярной конденсации (2-х молекул) и циклизации аминолевулиновой кислоты в порфобилиноген. У человека данный фермент кодируется одноимённым геном ALAD, который располагается на коротком плече (p-плече) 9-й хромосомы[1][2]. Все природные тетрапирролы, включая гемы, хлорофиллы и витамин B12, зависят от синтеза порфобилиногена, так как он является общим предшественником данных соединений. Порфобилиногенсинтаза является прототипом морфеина[3]. АЛК-дегидратаза локализована практически во всех клетках организма человека, но особенно много её в цитозоле эритропоэтических клеток красного костного мозга и в гепатоцитах печени.
| АЛК-дегидратаза (порфобилиногенсинтаза) | |
|---|---|
 АЛК-дегидратаза в виде октамера | |
| Идентификаторы | |
| Шифр КФ | 4.2.1.24 |
| Номер CAS | 9036-37-7 |
| Базы ферментов | |
| IntEnz | IntEnz view |
| BRENDA | BRENDA entry |
| ExPASy | NiceZyme view |
| MetaCyc | metabolic pathway |
| KEGG | KEGG entry |
| PRIAM | profile |
| PDB structures | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Gene Ontology | AmiGO • EGO |
| Поиск | |
| PMC | статьи |
| PubMed | статьи |
| NCBI | NCBI proteins |
| CAS | 9036-37-7 |
Данный фермент катализирует следующую реакцию:
Таким образом, АЛК-дегидратаза катализирует конденсацию 2 молекул 5-аминолевулината с образованием порфобилиногена (предшественника гема, цитохромов и других гемопротеинов). Эта реакция является первой общей стадией биосинтеза всех природных тетрапирролов. Фермент в качестве кофактора использует ионы цинка Zn2+, они поддерживают активность.
Структурной основой аллостерической регуляции порфобилиногенсинтазы (PBGS) является модуляция равновесия четвертичной структуры между октамером и гексамером (через димеры), которая представлена схематически как 6-мер* ↔ 2-мер* ↔ 2-мер ↔ 8-мер*. Четвертичная структура представляет собой переориентацию между двумя доменами каждой субъединицы, которая происходит в диссоциированном состоянии, поскольку она стерически запрещена в более крупных мультимерах[3].
PBGS кодируется одним геном, и каждый мультимер PBGS состоит из нескольких копий одного и того же белка. Каждая субъединица PBGS состоит из αβ-бочкообразного домена ~300 остатков, в центре которого находится активный сайт фермента, и N-концевого домена плеча >25 остатков. Аллостерическая регуляция PBGS может быть описана с точки зрения ориентации αβ-бочкообразного домена по отношению к N-концевому домену плеча.
Каждое N-концевое плечо имеет до двух взаимодействий с другими субъединицами мультимера PBGS. Одно из этих взаимодействий помогает стабилизировать «закрытую» конформацию «крышки» активного центра. Другое взаимодействие ограничивает доступ растворителя с другого конца αβ-цилиндра.
В неактивном мультимерном состоянии N-концевой домен плеча не участвует в стабилизирующем крышку взаимодействии, а в кристаллической структуре неактивной сборки «крышка» активного сайта разупорядочена.
Будучи почти универсальным ферментом с высококонсервативным активным центром, PBGS не может быть основной мишенью для разработки противомикробных препаратов и/или гербицидов. Напротив, аллостерические сайты могут быть гораздо более филогенетически изменчивыми, чем активные сайты, что открывает больше возможностей для разработки лекарств[3].
Филогенетическая изменчивость аллостерических сайтов PBGS приводит к обсуждению аллостерической регуляции PBGS с точки зрения внутренних и внешних эффекторов.
Аллостерический ион магния Mg2+ находится на сильно гидратированной границе раздела двух прооктамерных димеров. По-видимому, он легко диссоциируется, и было показано, что гексамеры накапливаются при удалении магния in vitro[4].
Хотя не принято в качестве аллостерических регуляторов рассматривать ионы гидроксония, в случае PBGS было показано, что протонирование боковой цепи в местах, отличных от активного центра, влияет на равновесие четвертичной структуры и, таким образом, также влияет на скорость катализируемой им реакции.
Проверка PBGS 6-мера* выявил поверхностную полость, которой нет в 8-мере. Предполагается, что связывание малых молекул с этой филогенетически вариабельной полостью стабилизирует 6-мер* целевого PBGS и, следовательно, ингибирует активность.
Такие аллостерические регуляторы известны как морфоблоки, потому что они блокируют фермент в определённой форме морфеина (6-мера*)[5].
Ферментативная активность ALAD подавляется свинцом, начиная с концентраций свинца в крови, которые когда-то считались безопасными (<10 мкг/дл), и продолжает отрицательно коррелировать в диапазоне от 5 до 95 мкг/дл[6]. Ингибирование ALAD свинцом приводит к анемии, прежде всего потому, что он одновременно подавляет биосинтез гема и сокращает продолжительность жизни циркулирующих красных кровяных телец, а также стимулируя избыточную выработку гормона эритропоэтина, приводящего к недостаточному созреванию эритроцитов из их предшественников. Дефект в структурном гене ALAD может вызвать повышенную чувствительность к отравлению свинцом и острую печёночную порфирию. Были идентифицированы альтернативные варианты сплайсированного транскрипта, кодирующие различные изоформы[7].
Дефицит порфобилиногенсинтазы обычно приобретённый (а не наследственный) и может быть вызван отравлением тяжёлыми металлами, особенно свинцом, поскольку фермент очень чувствителен к ингибированию тяжёлыми металлами[8].
Наследственная недостаточность данного фермента называется порфирией с дефицитом порфобилиногенсинтазы (или AЛК-дегидратазы). Это чрезвычайно редкая форма порфирии[9], было описано менее 10 случаев данного заболевания[10]. Все варианты белка, ассоциированного с заболеванием, способствуют образованию гексамера по сравнению с человеческим ферментом дикого типа[9].
Морфеиновая модель аллостерии, представленная на примере PBGS, улучшает уровень понимания потенциальных механизмов регуляции функции белка и дополняет то повышенное внимание, которое сообщество исследователей белка уделяет динамике структуры белка[3].
Эта модель иллюстрирует, как динамика таких явлений, как альтернативные конформации белков, альтернативные олигомерные состояния и временные белок-белковые взаимодействия, могут быть использованы для аллостерической регуляции каталитической активности ферментов.
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.
