胺甲醯磷酸合成酶

胺甲醯磷酸合成酶（英語：Carbamoyl phosphate synthetase）是催化自穀氨醯胺（EC 6.3.5.5）或氨（EC 6.3.4.16）與碳酸氫鹽合成胺甲醯磷酸這一反應的一種ATP依賴性酶^[1]。此酶催化ATP與碳酸氫鹽產生了胺甲醯磷酸與ADP。羰基磷酸鹽先與氨反應產生氨基甲酸鹽。接下來，氨基甲酸鹽與第二分子的ATP反應生成胺甲醯磷酸與ADP。

胺甲醯磷酸

胺甲醯磷酸合成酶大亞基中的ATP結合域
生物素羧化酶結構，突變體e288k，與ATP結合
鑑定
標誌	CPSase_L_D2
Pfam	PF02786（舊版）
Pfam宗系	CL0179（舊版）
InterPro（英語：InterPro）	IPR005479
PROSITE（英語：PROSITE）	PDOC00676
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）	1bnc / SUPFAM
現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（舊版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum（英語：PDBsum） 結構概要

胺甲醯磷酸合成酶大亞基中低聚域
胺甲醯磷酸合成酶結構，與ATP類似物AMP-PNP結合在一起
鑑定
標誌	CPSase_L_D3
Pfam	PF02787（舊版）
InterPro（英語：InterPro）	IPR005480
PROSITE（英語：PROSITE）	PDOC00676
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）	1bnc / SUPFAM
現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（舊版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum（英語：PDBsum） 結構概要

胺甲醯磷酸合成酶結構N-末端域
丙酮酸羧化酶的生物素羧化酶亞基晶體結構
鑑定
標誌	CPSase_L_chain
Pfam	PF00289（舊版）
InterPro（英語：InterPro）	IPR005481
PROSITE（英語：PROSITE）	PDOC00676
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）	1bnc / SUPFAM
現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（舊版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum（英語：PDBsum） 結構概要

胺甲醯磷酸合成酶小亞基N-末端域
由抗生素阿西維辛所致的胺甲醯磷酸合成酶酰胺轉移酶活性的失活
鑑定
標誌	CPSase_sm_chain
Pfam	PF00988（舊版）
InterPro（英語：InterPro）	IPR002474
PROSITE（英語：PROSITE）	PDOC00676
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）	1jdb / SUPFAM
現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（舊版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum（英語：PDBsum） 結構概要

在原核生物與真核生物中，胺甲醯磷酸合成酶催化了嘧啶與精氨酸的生物合成以及大多數陸棲脊椎動物尿素循環中的首個關鍵步驟^[2]。大多數原核生物都只有一種類型胺甲醯磷酸合成酶，後者同時用於精氨酸與嘧啶的生物合成，然而某些細菌有着分別不同的類型。

此酶有三種不同型，供應各不相同的功能。

• 胺甲醯磷酸合成酶Ⅰ（線粒體酶，尿素循環）
• 胺甲醯磷酸合成酶Ⅱ（胞質溶膠酶，嘧啶代謝）
• 胺甲醯磷酸合成酶Ⅲ（存在於魚類之中）^[3]。

機理

胺甲醯磷酸合成酶的機制由三個不同步驟組成，並且都是不可逆反應^[4]。

1. 碳酸氫鹽被ATP磷酸化，產生出羰基磷酸鹽。
2. 羰基磷酸鹽接下來與氨反應生成氨基甲酸鹽，並釋放一份子無機磷酸。
3. 第二個ATP分子接下來磷酸化氨基甲酸鹽，即生成胺甲醯磷酸。

目前已知，此酶的活性可被三羥甲基氨基甲烷或羥乙基哌嗪乙磺酸緩衝液致使失活^[5]。

結構

胺甲醯磷酸合成酶（CPSase）是一個異二聚酶，由一大一小兩個亞基組成（CPSase Ⅲ則是個例外，其由單個多肽鏈組成，這有可能起因於穀氨醯胺酶與合成酶域兩者之間的基因融合）^[3][6][2]。胺甲醯磷酸合成酶具有三個活性位點，其中一個位於小亞基，另外兩個位於大亞基。小亞基包含有穀氨醯胺結合位點並催化穀氨醯胺水解為穀氨酸與氨，後者被轉移到大鏈上被用於合成胺甲醯磷酸。小亞基具有一個3-層次的β/β/α結構，這一結構在一般蛋白質中被普遍認為是一個可活動單元，可以轉移氨。胺甲醯磷酸合成酶小亞基的C-末端域具有穀氨醯胺氨基轉移酶活性。大亞基具有兩個同源的羧基磷酸鹽域，兩個都具有ATP結合位點；然而，N-末端羧基磷酸鹽域主催化碳酸氫鹽的磷酸化，然而C-末端域主催化氨基甲酸鹽中間體的磷酸化^[7]。胺甲醯磷酸合成酶大亞基中有重複的羧基磷酸鹽域，這一域在生物素依賴性的酶乙酰輔酶A羧化酶（ACC）、丙酰輔酶A羧化酶（PCCase）、丙酮酸羧化酶（PC）與尿素羧化酶之中亦有單拷貝。

細菌胺甲醯磷酸合成酶之中的大亞基具有四個二級結構域：羧基磷酸鹽域1、低聚域、胺甲醯磷酸域2以及變構域^[8]。大腸桿菌的胺甲醯磷酸合成酶異質二聚體含有兩個分子通道：一個氨通道以及一個氨基甲酸鹽通道。這些域間隧道將三個不同的活性位點相互連接起來，並作為不穩定的反應中間體（氨和氨基甲酸鹽）在相關的活性位點之間傳遞的通道^[9]。胺甲醯磷酸合成酶的催化機制涉及到氨基甲酸鹽自位於大亞基的N-末端域的合成位點擴散穿過酶的內部繼而到達位於C-末端域的磷酸化位點。

參考文獻

1. Simmer JP, Kelly RE, Scully JL, Evans DR, Rinker Jr AG. Mammalian carbamyl phosphate synthetase (CPS). DNA sequence and evolution of the CPS domain of the Syrian hamster multifunctional protein CAD. J. Biol. Chem. 1990, 265 (18): 10395–10402. PMID 1972379.
2. Holden HM, Thoden JB, Raushel FM. Carbamoyl phosphate synthetase: an amazing biochemical odyssey from substrate to product. Cell. Mol. Life Sci. October 1999, 56 (5–6): 507–22. PMID 11212301. doi:10.1007/s000180050448.
3. Saha N, Datta S, Kharbuli ZY, Biswas K, Bhattacharjee A. Air-breathing catfish, Clarias batrachus upregulates glutamine synthetase and carbamyl phosphate synthetase III during exposure to high external ammonia. Comp. Biochem. Physiol. B, Biochem. Mol. Biol. July 2007, 147 (3): 520–30. PMID 17451989. doi:10.1016/j.cbpb.2007.03.007.
4. Biochemistry, 3rd edition, J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer
5. Lund, P.; Wiggins, D. Inhibition of carbamoyl-phosphate synthase (ammonia) by Tris and Hepes. Effect on Ka for N-acetylglutamate (PDF). Biochem. J. 1987, 243 (1): 273–276. PMC 1147843 . PMID 3606575. 引文使用過時參數coauthors (幫助)
6. Raushel FM, Thoden JB, Holden HM. The amidotransferase family of enzymes: molecular machines for the production and delivery of ammonia. Biochemistry. June 1999, 38 (25): 7891–9. PMID 10387030. doi:10.1021/bi990871p.
7. Stapleton MA, Javid-Majd F, Harmon MF, Hanks BA, Grahmann JL, Mullins LS, Raushel FM. Role of conserved residues within the carboxy phosphate domain of carbamoyl phosphate synthetase. Biochemistry. November 1996, 35 (45): 14352–61. PMID 8916922. doi:10.1021/bi961183y.
8. Thoden JB, Raushel FM, Benning MM, Rayment I, Holden HM. The structure of carbamoyl phosphate synthetase determined to 2.1 A resolution. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. January 1999, 55 (Pt 1): 8–24. PMID 10089390. doi:10.1107/S0907444998006234.
9. Kim J, Howell S, Huang X, Raushel FM. Structural defects within the carbamate tunnel of carbamoyl phosphate synthetase. Biochemistry. October 2002, 41 (42): 12575–81. PMID 12379099. doi:10.1021/bi020421o.

外部連結

• GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Urea Cycle Disorders Overview （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）

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