Аргининдекарбоксилаза
| аргининдекарбоксилаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Трехмерное изображение пентамера гомодимеров аргининдекарбоксилазы | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 4.1.1.19 | ||||||||
| Номер CAS | 9024-77-5 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| ИнтЭнз | IntEnz вид | ||||||||
| БРЕНДА | запись BRENDA | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme вид | ||||||||
| КЕГГ | запись KEGG | ||||||||
| МетаЦик | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Генная онтология | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Фермент аргининдекарбоксилаза, индуцированная кислотой (AdiA) ( EC 4.1.1.19 ), также обычно называемый аргининдекарбоксилазой , катализирует превращение L-аргинина в агматин и углекислый газ . Процесс потребляет протон в декарбоксилировании и использует кофактор пиридоксаль-5'-фосфата (PLP) , аналогичный другим ферментам, участвующим в метаболизме аминокислот , таким как орнитиндекарбоксилаза и глутаминдекарбоксилаза. [1] Он обнаружен в бактериях и вирусах , хотя большинство исследований до сих пор были сосредоточены на формах фермента в бактериях. Во время декарбоксилирования аргинина, катализируемого AdiA, необходимый протон потребляется из цитоплазмы клетки , что помогает предотвратить чрезмерное накопление протонов внутри клетки и служит для повышения внутриклеточного pH. [2] Аргининдекарбоксилаза является частью ферментативной системы Escherichia coli ( E. coli ) , [3] Salmonella Typhimurium , [4] и метанпродуцирующих бактерий Methanococcus jannaschii [5] , что делает эти организмы устойчивыми к кислоте и позволяет им выживать в сильнокислой среде.
Структура
Аргининдекарбоксилаза представляет собой мультимер белковых субъединиц. Например, форма этого фермента в E. coli представляет собой декамер ок. 800 кДа идентичных субъединиц и состоит из пентамера димеров . [6] Каждую субъединицу можно разделить на пять доменов : (1) аминоконцевой домен крыла, (2) линкерный домен, (3) PLP-связывающий домен, (4) аспартатаминотрансфераза - ( AspAT-) подобный малый домен и (5) карбокси-концевой домен. [3] AspAT-подобный малый домен, PLP-связывающий домен и карбокси-концевой домен образуют открытую чашеобразную структуру. Крыловидный домен простирается от трех других доменов как ручка чаши, а линкерный домен соединяет эти две части вместе. В целом, пять доменов ассоциируются друг с другом посредством водородных связей и электростатических взаимодействий . [3]
В аргининдекарбоксилазе E. coli каждый гомодимер имеет два активных центра, которые зарыты примерно в 30 Å от поверхности димера. Активный центр, обнаруженный в домене связывания PLP, состоит из кофактора PLP, связанного с остатком лизина в форме основания Шиффа . Фосфатная группа PLP удерживается на месте посредством водородных связей с боковыми цепями спирта нескольких остатков серина и треонина , а также посредством водородных связей с боковой цепью имидазола остатка гистидина . Протонированный азот на ароматическом кольце PLP связан водородными связями с карбоксилатом на боковой цепи аспарагиновой кислоты. [3]
Механизм
Механизм действия аргининдекарбоксилазы аналогичен другим дезаминирующим и декарбоксилирующим ферментам PLP в использовании промежуточного основания Шиффа . [7] Первоначально остаток Lys386 замещается в реакции трансаминирования субстратом L-аргинина, образуя аргининовое основание Шиффа с кофактором PLP. [8] Затем происходит декарбоксилирование группы карбоксилата аргинина, где предполагается, что разорванная связь CC перпендикулярна пиридиновому кольцу PLP . [9] Группа азота пиридина действует как электроноакцепторная группа, которая облегчает разрыв связи CC. Протонирование аминокислоты приводит к образованию нового основания Шиффа, которое впоследствии подвергается реакции трансаминирования остатком лизина аргининдекарбоксилазы, восстанавливая каталитически активный PLP и высвобождая агмантин в качестве продукта. Хотя была выдвинута гипотеза, что протонированный остаток гистидина участвует в стадии протонирования в качестве источника протонов [10] , идентичность протон-донорного остатка в аргининдекарбоксилазе еще не подтверждена.
Функция
Аргининдекарбоксилаза является одним из основных компонентов аргинин-зависимой кислотоустойчивости (AR3) [11] , которая позволяет E. coli выживать достаточно долго в сильнокислой среде желудка, чтобы пройти через пищеварительный тракт и заразить человека- хозяина. Фермент потребляет цитоплазматический протон в реакции декарбоксилирования, предотвращая слишком кислый pH клетки. Активность фермента зависит от окружающего pH. При более основных уровнях pH клетки фермент существует в неактивной гомодимерной форме, поскольку электростатическое отталкивание между отрицательно заряженными кислотными остатками в доменах крыльев не позволяет гомодимерам собираться в каталитически активный декамер. По мере того, как клеточная среда становится более кислой, эти остатки становятся нейтрально заряженными посредством протонирования. При меньшем электростатическом отталкивании между гомодимерами ферменту разрешается собираться в виде каталитически активного декамера. [12] Эта конкретная стратегия сборки, используемая аргининдекарбоксилазой E. coli , также широко используется другими ацидофильными организмами для того, чтобы справиться с кислыми условиями роста. [13] В целом, кислотоустойчивая активность аргининдекарбоксилазы двояка. Поверхностные белковые остатки гомодимера потребляют протоны, что приводит к образованию активных декамеров, которые дополнительно увеличивают потребление протонов через реакцию декарбоксилирования. Аргининдекарбоксилаза работает в тандеме с антипортерами аргининдекарбоксилазы (AdiC), другим компонентом AR3, которые обменивают внеклеточный субстрат аргинина на внутриклеточный побочный продукт декарбоксилирования. [14] [15]
Ссылки
- ^ Paiardini A, Contestabile R, Buckle AM, Cellini B (2014). "PLP-зависимые ферменты". BioMed Research International . 2014 : 856076. doi : 10.1155/2014/856076 . PMC 3914556. PMID 24527459 .
- ^ Боекер Э.А., Снелл Э.Э. (январь 1971 г.). «[225] Аргининдекарбоксилаза (Escherichia coli B)». [225] Аргининдекарбоксилаза ( Escherichia coli B) . Методы энзимологии. Том. 17. стр. 657–662. дои : 10.1016/0076-6879(71)17114-5. ISBN 9780121818777.
- ^ abcd Andréll J, Hicks MG, Palmer T, Carpenter EP, Iwata S, Maher MJ (май 2009). «Кристаллическая структура индуцированной кислотой аргининдекарбоксилазы из Escherichia coli : обратимая сборка декамера контролирует активность фермента». Биохимия . 48 (18): 3915–27. doi :10.1021/bi900075d. PMID 19298070.
- ^ Deka G, Bharath SR, Savithri HS, Murthy MR (сентябрь 2017 г.). «Структурные исследования декамерной аргининдекарбоксилазы (ADC) S. Typhimurium: связывание пиридоксаля 5'-фосфата вызывает конформационные изменения». Biochemical and Biophysical Research Communications . 490 (4): 1362–1368. doi :10.1016/j.bbrc.2017.07.032. PMID 28694189.
- ^ PDB : 1MT1 ; Tolbert WD, Graham DE, White RH, Ealick SE (март 2003 г.). "Пирувоил-зависимая аргининдекарбоксилаза из Methanococcus jannaschii: кристаллические структуры саморасщепленных и проферментных форм S53A". Structure . 11 (3): 285–94. doi : 10.1016/S0969-2126(03)00026-1 . PMID 12623016.
- ^ Boeker EA, Snell EE (апрель 1968). «Аргининдекарбоксилаза из Escherichia coli. II. Диссоциация и реассоциация субъединиц». Журнал биологической химии . 243 (8): 1678–84. doi : 10.1016/S0021-9258(18)93499-X . PMID 4870600.
- ^ Элиот AC, Кирш JF (2004). «Пиридоксальфосфатные ферменты: механистические, структурные и эволюционные соображения». Annual Review of Biochemistry . 73 : 383–415. doi :10.1146/annurev.biochem.73.011303.074021. PMID 15189147.
- ^ Джон РА (апрель 1995 г.). «Пиридоксальфосфатзависимые ферменты». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 1248 (2): 81–96. дои :10.1016/0167-4838(95)00025-с. ПМИД 7748903.
- ^ Toney MD (январь 2005 г.). «Специфичность реакции в ферментах пиридоксальфосфата». Архивы биохимии и биофизики . 433 (1): 279–87. doi :10.1016/j.abb.2004.09.037. PMID 15581583.
- ^ Ахтар М., Стивенсон Д.Е., Гани Д. (август 1990 г.). «Декарбоксилаза L-метионина папоротника: кинетика и механизм декарбоксилирования и абортивного трансаминирования». Биохимия . 29 (33): 7648–60. doi :10.1021/bi00485a014. PMID 2271524.
- ^ Lin J, Smith MP, Chapin KC, Baik HS, Bennett GN, Foster JW (сентябрь 1996 г.). «Механизмы кислотоустойчивости энтерогеморрагической Escherichia coli». Applied and Environmental Microbiology . 62 (9): 3094–100. Bibcode : 1996ApEnM..62.3094L. doi : 10.1128/AEM.62.9.3094-3100.1996. PMC 168100. PMID 8795195 .
- ^ Nowak S, Boeker EA (март 1981). «Индуцибельная аргининдекарбоксилаза Escherichia coli B: активность димера и декамера». Архивы биохимии и биофизики . 207 (1): 110–6. doi :10.1016/0003-9861(81)90015-1. PMID 7016035.
- ^ Richard H, Foster JW (сентябрь 2004 г.). «Системы устойчивости Escherichia coli к глутамату и аргинину увеличивают внутренний pH и обратный трансмембранный потенциал». Journal of Bacteriology . 186 (18): 6032–41. doi :10.1128/jb.186.18.6032-6041.2004. PMC 515135 . PMID 15342572.
- ^ Gong S, Richard H, Foster JW (август 2003 г.). "YjdE (AdiC) — это антипортер аргинина:агматина, необходимый для аргинин-зависимой кислотоустойчивости в Escherichia coli". Journal of Bacteriology . 185 (15): 4402–9. doi :10.1128/jb.185.15.4402-4409.2003. PMC 165756 . PMID 12867448.
- ^ Айер Р., Уильямс С., Миллер С. (ноябрь 2003 г.). «Аргинин-агматиновый антипортер при экстремальной кислотоустойчивости у Escherichia coli». Журнал бактериологии . 185 (22): 6556–61. doi :10.1128/jb.185.22.6556-6561.2003. PMC 262112. PMID 14594828 .
