Флюориназа

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Флюориназа (аденозил-фторид синтаза)
Fluorinase crystal structure.png
Идентификаторы
Шифр КФ 2.5.1.63
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

Флюориназа (КФ 2.5.1.63, аденозил-фтор-синтетаза) — фермент, катализирующий реакцию между фторид аниониом и S-аденозил-L-метионином, в результате которой образуются L-метионин и 5'-фтор-5'-дезоксиаденозин. 5'-фтор-5'-дезоксиаденозин является первым фторорганическим соединением и лежит в основе биосинтеза фторсодержащих органических соединений в живых организмах.[1] Флюориназа впервые была выделена из почвенных бактерий Streptomyces cattleya. Позднее гомологи данного белка были выявлены в ряде других видов, в частности в Streptomyces sp. MA37, Nocardia brasiliensis и Actinoplanes sp. N902-109.[2] На сегодняшний день флюориназа является единственный ферментом, способным катализировать образование связей между фтором и углеродом (самые прочные химические связи в органической химии).[3]

Флюориназа катализирует реакцию между фторид-анионом и S-аденозил-L-метионином (САМ или SAM) в ходе которой образуются ля получения 5'-фтор-5'-дезоксиаденозин (ФДА или FDA) и L-метионин (L-Met).

В 2007 году из актиномицета Salinospora tropica был выделен гомологичный флюориназе фермент — хлориназа, обеспечивающий введение хлора в органичеческие соединения за счет образования связи углерод-хлор. Хлориназа принимает участие в биосинтезе салиноспорамида А.[4]

Активность[править | править код]

Флюориназа катализирует реакцию бимолекулярного нуклеофильного замещения (SN2) по С-5' положению S-аденозил-метионина, в то время как L-метионин выступает в качестве нейтральной уходящей группы.[5][6] Скорость реакции в присутствии флюориназы увеличивается 106 −1015[7] раз, по сравнению с реакцией протекающей без катализатора. Тем не менее, флюориназа считается медленным фермент, с числом оборотов (kкат) в 0,06 мин−1.[8] Большое значение кинетического барьера данной реакции объясняется сильной гидратацией фторид анионов, в связи с этим образование связи углерод-фтор имеет высокие значения энергии активации. При этом, значительная доля энергии необходима на «зачистку» фторид анионов от связанных с ним молекул воды; в результате этого из фторида в активном центре фермента образуется сильный нуклеофил, атакующий субстрат.

Реакция катализируемая флюориназой обратима, и после инкубации 5'-фтор-5'-дезоксиаденозина и L-метионина с флюориназой образуется S-аденозил-L-метионин и фторид анион.[9] Замещение L-метионина на L-селенометионин приводит к 6-ти кратному увеличению скорости обратной реакции, что обусловлено увеличением нуклеофильности в результате замены серы на селен.

Флюориназа обладает относительно невысокой селективностью в отношении галогенид анионов, так фермент способен катализировать присоединение хлорид аниона. Хотя равновесие реакции между S-аденозил-L-метионином и фторид анионом сдвинуто в сторону продуктов, в аналогичной реакции с хлорид анионом равновесие сдвинуто в сторону исходных веществ. Инкубация S-аденозил-L-метионина и хлорид анионов в среде содержащей флюориназу не приводит к образованию 5'-хлоро-5'-дезоксиаденозина, до тех пор пока не будет добавлена оксидаза L-аминокислот. Значение оксидазы L-аминокислот состоит в окислении L-метионина до соответствующей оксокислоты. Уменьшение концентрации продукта первой реакции (L-метионина) приводит к сдвигу равновесия по принципу Ле Шателье и образованию 5'-хлоро-5'-дезоксиаденозина.

Флюориназа может катализировать реакцию между хлорид анионом и S-аденозил-L-метионином (SAM) в которой образуется 5'-хлоро-5'-дезоксиаденозин (ClDA) и L-метионин (L-Met). Реакция осуществима только при наличии оксидазы L-аминокислот, которая удаляет образующийся L-метионин, что сдвигает равновесие первой реакции в сторону образования продуктов.

Невысокая специфичность в отношении галогенид анионов и различное положение равновесия в реакциях введения фтора и хлора обеспечивает возможность реакции трансгалогенирования (замены хлора на фтор). Инкубирование 5'-хлоронуклеозидов с ферментом и каталитическими количествами L-селенометионина или L-метионина приводит к образованию 5'-фторонуклеозидов. При введении в реакционную среду анионов изотопа 18F, реакция трансгалогенирования может быть использована для получения радиопрепаратов, которые активно применяются в позитронно-эмиссионной томографии.[10][11]

Инкубация 5'-хлоро-5'-дезоксиаденозина (ClDA) флюориназы в присутствии фторид анионов и L-метионина приводит к образованию 5'-хлоро-5'-дезоксиаденозина (FDA). В реакции трансгалогенирования интермедиатом является S-аденозил-L-метионин (SAM).

Структурные исследования[править | править код]

С 2007 года, 9 структур были определены для этого класса ферментов. В базе данных белковых структур (PDB) данным белкам соответствуют следующие коды: Шаблон:PDB link, Шаблон:PDB link, Шаблон:PDB link, Шаблон:PDB link, Шаблон:PDB link, Шаблон:PDB link, Шаблон:PDB link, Шаблон:PDB link, и Шаблон:PDB link.

Название фермента обусловлено функцией. Структурно флюориназа гомологична duf-62 типу ферментов. Фермент представляет собой димер из тримеров (2 молекулы каждая из трех субъединиц). Активные центры находятся между этими субъединицами (интейрфейс субъединиц); в каждом сайте может связываться одна молекула .[12]

Биосинтез фторметаболитов[править | править код]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. O'Hagan, David (March 2002). «Biochemistry: Biosynthesis of an organofluorine molecule». Nature 416 (6878): 279—279. DOI:10.1038/416279a. PMID 11907567.
  2. Deng, Hai (2014-02-10). «Identification of Fluorinases from Streptomyces sp MA37, Norcardia brasiliensis, and Actinoplanes sp N902-109 by Genome Mining». ChemBioChem 15 (3): 364–368. DOI:10.1002/cbic.201300732. ISSN 1439-7633.
  3. O'Hagan, David (February 2008). «Understanding organofluorine chemistry. An introduction to the C–F bond». Chem. Soc. Rev. 37 (2): 308–319. DOI:10.1039/b711844a. PMID 18197347.
  4. Eustáquio, Alessandra S. «Discovery and characterization of a marine bacterial SAM-dependent chlorinase». Nature Chemical Biology 4 (1): 69–74. DOI:10.1038/nchembio.2007.56. PMID 18059261.
  5. Cadicamo, Cosimo D. (2004-05-03). «Enzymatic Fluorination in Streptomyces cattleya Takes Place with an Inversion of Configuration Consistent with an SN2 Reaction Mechanism». ChemBioChem 5 (5): 685–690. DOI:10.1002/cbic.200300839. ISSN 1439-7633.
  6. Senn, Hans Martin (2005-10-01). «Insight into Enzymatic C−F Bond Formation from QM and QM/MM Calculations». Journal of the American Chemical Society 127 (39): 13643–13655. DOI:10.1021/ja053875s. ISSN 0002-7863. PMID 16190730.
  7. Lohman, Danielle C. (2013-10-02). «Catalysis by Desolvation: The Catalytic Prowess of SAM-Dependent Halide-Alkylating Enzymes». Journal of the American Chemical Society 135 (39): 14473–14475. DOI:10.1021/ja406381b. ISSN 0002-7863. PMID 24041082.
  8. Zhu, Xiaofeng (2007-11-01). «Mechanism of Enzymatic Fluorination in Streptomyces cattleya». Journal of the American Chemical Society 129 (47): 14597–14604. DOI:10.1021/ja0731569. ISSN 0002-7863. PMID 17985882.
  9. Deng, Hai (2006-01-23). «The Fluorinase from Streptomyces cattleya Is Also a Chlorinase». Angewandte Chemie International Edition 45 (5): 759–762. DOI:10.1002/anie.200503582. ISSN 1521-3773. PMID 16370017.
  10. Deng, Hai. «Fluorinase mediated C–18F bond formation, an enzymatic tool for PET labelling». Chemical Communications (6): 652. DOI:10.1039/b516861a.
  11. Thompson, S.. «A two-step fluorinase enzyme mediated 18 F labelling of an RGD peptide for positron emission tomography». Chem. Commun. 51 (70): 13542–13545. DOI:10.1039/c5cc05013h.
  12. Dong, C (2004). «Crystal Structure and Mechanism of a Bacterial Flourinating Enzyme». Nature Chemistry 427: 561–565. DOI:10.1038/nature02280. PMID 14765200.

Литература[править | править код]