酰胺基磷酸核糖基轉移酶
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酰胺基磷酸核糖基轉移酶（英語：amidophosphoribosyltransferase，簡寫：ATase），也稱為穀氨醯胺磷酸核糖基焦磷酸酰胺基轉移酶 (英語：glutamine phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase，簡寫：GPAT)，是一種利用來自穀氨醯胺側鏈的氨基團催化5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）轉化為5-磷酸核糖-1-胺（PRA）的酶。這是從頭合成嘌呤的關鍵步驟。在人類中，它由 PPAT（磷酸核糖焦磷酸氨基轉移酶）基因編碼。[6][7]ATase是嘌呤/嘧啶磷酸核糖基轉移酶（PRTase）家族的成員。
結構核功能
該酶由兩個結構域組成：通過水解從穀氨醯胺產生氨的穀氨醯胺酶結構域和將氨與核糖-5-磷酸結合的磷酸核糖基轉移酶結構域。[8]酶的兩個活性位點之間的協調使其具有特殊的複雜性。
穀氨醯胺酶結構域與其他N端親核體 (Ntn) 水解酶如胺甲醯磷酸合成酶 (CPSase) 同源。所有Ntn酰胺基轉移酶序列中的九個不變殘基在關鍵的催化、基質結合或結構發揮作用。末端半胱氨酸殘基在反應的第一部分充當親核試劑，類似於催化三聯體的半胱氨酸。[8][9]游離的N末端充當鹼基以活化親核試劑並使水解反應中的離去基團（在這種情況下為氨）質子化。催化位點的另一個關鍵方面是催化反應中間體的氧陰離子空穴，如下面的機制所示。[10]
PRTase結構域與參與嘌呤核苷酸合成和再利用路徑的許多其他PRTase同源。所有PRTase都涉及通過各種親核體置換PRPP中的焦磷酸鹽。[11] ATase是唯一具有氨作為親核體的PRTase。[8]PRPP中的焦磷酸鹽是一個極好的離去基團，因此幾乎不需要化學助劑來促進催化。相反，酶的主要功能似乎是將反應物適當地聚集在一起並防止錯誤的反應，例如水解。[8]
除了具有各自的催化能力外，這兩個結構域還相互協調，以確保由穀氨醯胺產生的所有氨都轉移到PRPP，並且除氨外沒有其他親核體攻擊PRPP。這主要通過阻止氨的形成直到PRPP結合併將氨引導至PRTase活性位點來實現。[8]
PRPP對酶的初始活化是由「穀氨醯胺環」中的構象變化引起的，該環重新定位以能夠接受穀氨醯胺。這導致穀氨醯胺結合的Km值高出200倍。[12]一旦穀氨醯胺與活性位點結合，進一步的構象變化會將位點帶入酶，使其無法進入。[8]
這些構象變化還導致20Å長的氨通道的形成，這是這種酶最顯着的特徵之一。該通道沒有任何氫鍵位點，以確保氨從一個活性位點輕鬆擴散到另一個活性位點。該通道確保從穀氨醯胺釋放的氨到達PRTase催化位點，並且它與CPSase中的通道不同，[13]它是疏水的而不是極性的，是暫時的而不是永久的。[8]
反應機制
ATase催化的總反應如下：
- PRPP + 穀氨醯胺 → PRA + 穀氨酸 + PPi
在酶內，反應被分解成兩個半反應，發生在不同的活性位點：
- 穀氨醯胺 → NH
3 + 穀氨酸 - PRPP + NH
3 → PRA + PPi
該機制的第一部分發生在穀氨醯胺酶結構域的活性位點，並通過水解從穀氨醯胺中釋放出一個氨基團。第一個反應釋放的氨然後通過20Å通道轉移到磷酸核糖基轉移酶結構域的活性位點，然後與PRPP結合形成PRA。
調節
在反饋抑制的一個例子中，ATase主要受到嘌呤合成途徑的終產物AMP、GMP、ADP和GDP的抑制。[8]來自同型四聚體的每個酶亞基具有這些抑制劑的兩個結合位點。變構（A）位點與PRPP的核糖-5-磷酸位點重疊，而催化（C）位點與PRPP的焦磷酸位點重疊。[8]特定核苷酸對與兩個位點的配對導致協同抑制比加性抑制更強。[8][14][15]抑制通過酶的結構變化發生，其中柔性穀氨醯胺環被鎖定在開放位置，從而阻止PRPP的結合。[8]
由於PRA的化學不穩定性，其在pH7.5和37°C下的半衰期為38秒，研究人員提出該化合物是在體內從酰胺基磷酸核糖基轉移酶引導至GAR合成酶。[16]
圖集
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5-磷酸核糖胺
參考文獻
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