АЛК-синтаза

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
АЛК-синтаза
Димер АЛК-синтазы, Rhodobacter capsulatus
Димер АЛК-синтазы, Rhodobacter capsulatus
Идентификаторы
Шифр КФ 2.3.1.37
Номер CAS 9037-14-3
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
Поиск
PMC статьи
PubMed статьи
NCBI NCBI proteins
CAS 9037-14-3

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 α-протеобактерий) и катализирует реакцию синтеза δ-аминолевулиновой кислоты (дАЛК или АЛК) из глицина и сукцинил-КоА, путём их конденсации:

сукцинил-КоА + глицин δ-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 α-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-ей 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.

Структура[править | править код]

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[править | править код]

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 δ-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].

Синтез АЛК.

Функции[править | править код]

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.

Биосинтез гема — обратите внимание, что некоторые реакции происходят в цитоплазме, а некоторые — в митохондрии (показано жёлтым).

Заболевания[править | править код]

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[править | править код]

  1. ↑ Shemin, David; Rittenberg, D (June 18, 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 Hunter, Gregory A.; Ferreira, Gloria C. (November 2011). "Molecular enzymology of 5-Aminolevulinate synthase, the gatekeeper of heme biosynthesis". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics. 1814 (11): 1467—1473. doi:10.1016/j.bbapap.2010.12.015. PMC 3090494. PMID 21215825.
  4. ↑ 1 2 Bishop DF, Henderson AS, Astrin KH (Jun 1990). "Human delta-aminolevulinate synthase: assignment of the housekeeping gene to 3p21 and the erythroid-specific gene to the X chromosome". Genomics. 7 (2): 207—14. doi:10.1016/0888-7543(90)90542-3. PMID 2347585.
  5. ↑ Cotter PD, Willard HF, Gorski JL, Bishop DF (May 1992). "Assignment of human erythroid delta-aminolevulinate synthase (ALAS2) to a distal subregion of band Xp11.21 by PCR analysis of somatic cell hybrids containing X; autosome translocations" (PDF). Genomics. 13 (1): 211—2. doi:10.1016/0888-7543(92)90223-F. hdl:2027.42/30074. PMID 1577484.
  6. ↑ 1 2 Entrez Gene: Delta-aminolevulinate synthase 2. Архивировано 12 апреля 2010 года.
  7. ↑ 1 2 3 Beale, S I (June 1978). "δ-Aminolevulinic Acid in Plants: Its Biosynthesis, Regulation, and Role in Plastid Development". Annual Review of Plant Physiology. 29 (1): 95—120. doi:10.1146/annurev.pp.29.060178.000523.
  8. ↑ ALA synthase. flipper e nuvola. Turin University. Дата обращения: 10 марта 2016. Архивировано 28 января 2023 года.
  9. ↑ Shoolingin-Jordan, Peter M.; Al-Daihan, Sooad; Alexeev, Dmitriy; Baxter, Robert L.; Bottomley, Sylvia S.; Kahari, I.Donald; Roy, Ipsita; Sarwar, Muhammad; Sawyer, Lindsay; Wang, Shu-Fen (Apr 2003). "5-Aminolevulinic acid synthase: mechanism, mutations and medicine". Biochim Biophys Acta. 1647 (1—2): 361—6. doi:10.1016/s1570-9639(03)00095-5. PMID 12686158.
  10. ↑ CHOI, H (July 2004). "Cloning, expression, and characterization of 5-aminolevulinic acid synthase from Rhodopseudomonas palustris KUGB306". FEMS Microbiology Letters. 236 (2): 175—181. doi:10.1016/j.femsle.2004.05.048. PMID 15251194.
  11. ↑ Ferreira, Gloria C.; Neame, Peter J.; Dailey, Harry A. (November 1993). "Heme biosynthesis in mammalian systems: Evidence of a schiff base linkage between the pyridoxal 5′-phosphate cofactor and a lysine residue in 5-aminolevulinate synthase". Protein Science. 2 (11): 1959—1965. doi:10.1002/pro.5560021117. PMC 2142290. PMID 8268805.
  12. ↑ Hunter, Gregory A.; Ferreira, Gloria C. (March 1999). "Lysine-313 of 5-Aminolevulinate Synthase Acts as a General Base during Formation of the Quinonoid Reaction Intermediates". Biochemistry. 38 (12): 3711—3718. doi:10.1021/bi982390w. PMID 10090759.
  13. ↑ Doss M, Sixel-Dietrich F, Verspohl F (1985). ""Glucose effect" and rate limiting function of uroporphyrinogen synthase on porphyrin metabolism in hepatocyte culture: relationship with human acute hepatic porphyrias" (PDF). J Clin Chem Clin Biochem. 23 (9): 505—13. doi:10.1515/cclm.1985.23.9.505. PMID 4067519.
  14. ↑ 1 2 Ajioka, Richard S.; Phillips, John D.; Kushner, James P. (July 2006). "Biosynthesis of heme in mammals". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. 1763 (7): 723—736. doi:10.1016/j.bbamcr.2006.05.005. PMID 16839620.

Внешние ссылки[править | править код]

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=АЛК-синтаза&oldid=136120533