Стерол 14-деметилаза
Класс ферментов
стерол 14-деметилаза
Идентификаторы
Номер ЕС1.14.13.70
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

В энзимологии стерол 14-деметилаза ( EC 1.14.13.70) — это фермент суперсемейства цитохрома P450 (CYP). Это любой член семейства CYP51. Он катализирует химическую реакцию , такую ​​как:

обтусифолиол + 3 О 2 + 3 НАДФН + 3 Н + 4альфа-метил-5альфа-эргоста-8,14,24(28)-триен-3бета-ол + формиат + 3 НАДФ + + 4 Н 2 О ⇌ {\displaystyle \rightleftharpoons}

Четырьмя субстратами здесь являются обтусифолиол , O 2 , НАДФН и H + , тогда как его четырьмя продуктами являются 4альфа-метил-5альфа-эргоста-8,14,24(28)-триен-3бета-ол, формиат , НАДФ + и H 2 O .

Эргостерол

Хотя ланостерол 14α-деметилаза присутствует в самых разных организмах, фермент изучается в первую очередь в контексте грибов , где он играет важную роль в обеспечении проницаемости мембран. [1] У грибов CYP51 катализирует деметилирование ланостерола для создания важного предшественника, который в конечном итоге превращается в эргостерол . [2] Затем этот стероид проникает в клетку, где он изменяет проницаемость и жесткость плазматических мембран так же, как холестерин у животных. [3] Поскольку эргостерол является основным компонентом мембран грибов, было разработано множество противогрибковых препаратов для ингибирования активности 14α-деметилазы и предотвращения выработки этого ключевого соединения. [3]

Номенклатура

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , в частности, тех, которые действуют на парных донорах, с O2 в качестве окислителя и включением или восстановлением кислорода. Включенный кислород не обязательно должен быть получен из O2 с NADH или NADPH в качестве одного донора и включением одного атома кислорода в другого донора. Систематическое название этого класса ферментов - стерол,NADPH:кислородоксидоредуктаза (расщепление 14-метила). Другие названия, которые обычно используются, включают обтусуфолиол 14-деметилазу, ланостерол 14-деметилазу, ланостерол 14альфа-деметилазу и стерол 14альфа-деметилазу. Этот фермент участвует в биосинтезе стероидов . [2]

Это не типичные подсемейства CYP, но для каждой крупной таксономической группы создано только одно подсемейство. CYP51A для животных, CYP51B для бактерий. CYP51C для Chromista, CYP51D для Dictyostelium , CYP51E для Euglenozoa , CYP51F для грибов . Те группы , у которых только один CYP51 на вид, все называются одним именем: CYP51A1 для всех CYP51 животных , поскольку они ортологичны. То же самое верно для CYP51B, C, D, E и F. CYP51G (зеленые растения) и CYP51H ( пока только однодольные ) имеют индивидуальные порядковые номера.

Подсемейство CYPэтимологиякоролевство
CYP51AЖивотные​Метазоа
CYP51BБактерии​Бактерии
CYP51CХромиста​Хромиста
CYP51DДиктиостелиум​Амебозоа
CYP51EE. uglenozoaЭкскавата
CYP51FГрибы​Грибок
CYP51GЗелёные растенияАрхепластиды
CYP51Hоднодольные в Archaeplastida

Функция

Биологическая роль этого белка также хорошо изучена. Деметилированные продукты реакции CYP51 являются жизненно важными промежуточными продуктами в путях, ведущих к образованию холестерина у людей, эргостерола у грибов и других типов стеролов у растений. [4] Эти стеролы локализуются в плазматической мембране клеток, где они играют важную структурную роль в регуляции текучести и проницаемости мембраны, а также влияют на активность ферментов, ионных каналов и других клеточных компонентов, которые встроены в нее. [1] [5] [6] С распространением иммуносупрессивных заболеваний, таких как ВИЧ/СПИД и рак , пациенты становятся все более уязвимыми для оппортунистических грибковых инфекций (Ричардсон и др.). В поисках новых средств лечения таких инфекций исследователи лекарств начали нацеливаться на фермент 14α-деметилазу в грибах; Нарушение способности грибковой клетки вырабатывать эргостерол приводит к нарушению плазматической мембраны, что приводит к утечке вещества из клетки и, в конечном итоге, к гибели патогена ( DrugBank ).

Азолы в настоящее время являются наиболее популярным классом противогрибковых препаратов, используемых как в сельском хозяйстве, так и в медицине. [3] Эти соединения связываются в качестве шестого лиганда с гемовой группой в CYP51, тем самым изменяя структуру активного центра и действуя как неконкурентные ингибиторы . [7] Эффективность имидазолов и триазолов (распространенные подклассы азолов ) в качестве ингибиторов 14α-деметилазы была подтверждена в ходе нескольких экспериментов. Некоторые исследования проверяют изменения в производстве важных промежуточных продуктов эргостерола в присутствии этих соединений. [8] Другие исследования используют спектрофотометрию для количественной оценки взаимодействий азол-CYP51. [3] Координация азолов с простетической гемовой группой в активном центре фермента вызывает характерный сдвиг в поглощении CYP51 , создавая то, что обычно называют спектром разности типа II. [9] [10]

Длительное использование азолов в качестве противогрибковых средств привело к появлению лекарственной устойчивости среди определенных штаммов грибков. [3] Мутации в кодирующей области генов CYP51, повышенная экспрессия CYP51 и повышенная экспрессия мембранных эффлюксных транспортеров могут привести к устойчивости к этим противогрибковым средствам. [11] [12] [13] [14] [15] Следовательно, фокус исследований азолов начинает смещаться в сторону выявления новых способов обхода этого серьезного препятствия. [3]

Структура

По состоянию на конец 2007 года для этого класса ферментов было решено 6 структур с кодами доступа PDB 1H5Z, 1U13, 1X8V, 2BZ9, 2CI0 и 2CIB.

Ссылки

  1. ^ ab Daum G, Lees ND, Bard M, Dickson R (декабрь 1998 г.). «Биохимия, клеточная биология и молекулярная биология липидов Saccharomyces cerevisiae». Дрожжи . 14 (16): 1471–510. doi :10.1002/(SICI)1097-0061(199812)14:16<1471::AID-YEA353>3.0.CO;2-Y. PMID  9885152.
  2. ^ ab Лепешева GI, Уотерман MR (март 2007). "Стерол 14альфа-деметилаза цитохром P450 (CYP51), P450 во всех биологических царствах". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие предметы . 1770 (3): 467–77. doi :10.1016/j.bbagen.2006.07.018. PMC 2324071. PMID  16963187 . 
  3. ^ abcdef Becher R, Wirsel SG (август 2012 г.). «Грибковая цитохром P450 стерол 14α-деметилаза (CYP51) и устойчивость к азолам у патогенов растений и человека». Прикладная микробиология и биотехнология . 95 (4): 825–40. doi :10.1007/s00253-012-4195-9. PMID  22684327. S2CID  17688962.
  4. ^ Лепешева GI, Waterman MR (январь 2011). "Структурная основа сохранения в семействе CYP51". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1814 (1): 88–93. doi :10.1016/j.bbapap.2010.06.006. PMC 2962772. PMID  20547249 . 
  5. ^ Abe F, Usui K, Hiraki T (сентябрь 2009 г.). «Флуконазол модулирует жесткость мембраны, гетерогенность и проникновение воды в плазматическую мембрану у Saccharomyces cerevisiae». Биохимия . 48 (36): 8494–504. doi :10.1021/bi900578y. PMID  19670905.
  6. ^ "Итраконазол (DB01167)". DrugBank .
  7. ^ Mullins JG, Parker JE, Cools HJ, Togawa RC, Lucas JA, Fraaije BA, Kelly DE, Kelly SL (2011). "Молекулярное моделирование возникновения устойчивости к азолам у Mycosphaerella graminicola". PLOS ONE . 6 (6): e20973. Bibcode : 2011PLoSO...620973M. doi : 10.1371/journal.pone.0020973 . PMC 3124474. PMID  21738598 . 
  8. ^ Tuck SF, Patel H, Safi E, Robinson CH (июнь 1991 г.). «Ланостерол 14 альфа-деметилаза (P45014DM): влияние ингибиторов P45014DM на биосинтез стеролов ниже по течению от ланостерола». Journal of Lipid Research . 32 (6): 893–902. doi : 10.1016/S0022-2275(20)41987-X . PMID  1940622.
  9. ^ Ванден Босше Х., Маричал П., Горренс Дж., Белленс Д., Верховен Х., Коэн MC, Лауэрс В., Янссен П.А. (1987). «Взаимодействие производных азола с изоферментами цитохрома Р-450 в дрожжах, грибах, растениях и клетках млекопитающих». Пестицидная наука . 21 (4): 289–306. дои : 10.1002/ps.2780210406.
  10. ^ Yoshida Y, Aoyama Y (январь 1987). «Взаимодействие азольных противогрибковых агентов с цитохромом P-45014DM, очищенным из микросом Saccharomyces cerevisiae». Биохимическая фармакология . 36 (2): 229–35. doi :10.1016/0006-2952(87)90694-0. PMID  3545213.
  11. ^ Vanden Bossche H, Dromer F, Improvisi I, Lozano-Chiu M, Rex JH, Sanglard D (1998). «Устойчивость к противогрибковым препаратам у патогенных грибов». Medical Mycology . 36 (Suppl 1): 119–28. PMID  9988500.
  12. ^ Leroux P, Albertini C, Gautier A, Gredt M, Walker AS (июль 2007 г.). «Мутации в гене CYP51 коррелируют с изменениями чувствительности к ингибиторам альфа-деметилирования стерола 14 в полевых изолятах Mycosphaerella graminicola». Pest Management Science . 63 (7): 688–98. doi :10.1002/ps.1390. PMID  17511023.
  13. ^ Sanglard D, Ischer F, Koymans L, Bille J (февраль 1998 г.). «Замены аминокислот в цитохроме P-450 ланостерол 14альфа-деметилазе (CYP51A1) из азол-резистентных клинических изолятов Candida albicans способствуют устойчивости к азольным противогрибковым препаратам». Antimicrobial Agents and Chemotherapy . 42 (2): 241–53. doi :10.1128/AAC.42.2.241. PMC 105395 . PMID  9527767. 
  14. ^ Cannon RD, Lamping E, Holmes AR, Niimi K, Baret PV, Keniya MV, Tanabe K, Niimi M, Goffeau A, Monk BC (апрель 2009 г.). «Устойчивость к противогрибковым препаратам, опосредованная оттоком». Clinical Microbiology Reviews . 22 (2): 291–321, Содержание. doi :10.1128/CMR.00051-08. PMC 2668233. PMID  19366916 . 
  15. ^ Nash A, Rhodes J (2018). «Моделирование CYP51A из Aspergillus fumigatus в модельном бислое дает представление об устойчивости к триазольным препаратам». Medical Mycology . 56 (3): 361–373. doi : 10.1093/mmy/myx056 . PMC 5895076 . PMID  28992260. 

Дальнейшее чтение

  • Бак С., Кан РА, Олсен CE, Халкиер BA (1997). «Клонирование и экспрессия в Escherichia coli обтусифолиол 14 альфа-деметилазы Sorghum bicolor (L.) Moench, цитохрома P450, ортологичного стерол 14 альфа-деметилазам (CYP51) грибов и млекопитающих». Plant J . 11 (2): 191–201. doi : 10.1046/j.1365-313X.1997.11020191.x . PMID  9076987.
  • Aoyama Y, Yoshida Y (1991). "Различные субстратные специфичности ланостерол 14a-деметилазы (P-45014DM) Saccharomyces cerevisiae и печени крысы для 24-метилен-24,25-дигидроланостерола и 24,25-дигидроланостерола". Biochem. Biophys. Res. Commun . 178 (3): 1064–71. doi :10.1016/0006-291X(91)91000-3. PMID  1872829.
  • Aoyama Y, Yoshida Y (1992). «4 бета-метильная группа субстрата не влияет на активность ланостерол 14 альфа-деметилазы (P-450(14)DM) дрожжей: разница между распознаванием субстрата дрожжами и растительными стерол 14 альфа-деметилазами». Biochem. Biophys. Res. Commun . 183 (3): 1266–72. doi :10.1016/S0006-291X(05)80327-4. PMID  1567403.
  • Alexander K, Akhtar M, Boar RB, McGhie JF, Barton DH (1972). «Удаление 32-углеродного атома в виде муравьиной кислоты при биосинтезе холестерина». Журнал химического общества, Chemical Communications (7): 383. doi :10.1039/C39720000383.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Стерол_14-деметилаза&oldid=1227900332"