Флавинпренилтрансфераза (UbiX)
| флавинпренилтрансфераза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Гомододекамер флавинпренилтрансферазы, Pseudomonas aeruginosa | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 2.5.1.129 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
UbiX — это флавинпренилтрансфераза , катализирующая добавление диметилаллилмонофосфата (DMAP) (или диметилаллилпирофосфата (DMAPP) [1] ) в положения N5 и C6 FMN , что приводит к образованию пренилированного кофактора FMN ( prFMN ) . [2] Фермент участвует в пути биосинтеза убихинона в E.coli , откуда и получил свое название [3] UbiX связан с ферментами UbiD , поскольку prFMN используется ферментами UbiD в их функции обратимых декарбоксилаз. [4] Необычно для пренилтрансферазы, что UbiX не зависит от металла. [5]
После выяснения структуры prFMN в активном центре Fdc1 из aspergillus niger (AnFdc1) была исследована пренилтрансферазная активность UbiX. Инкубация UbiX из P.aeruginosa с окисленным FMN и DMAP с последующим восстановлением дитионитом натрия привела к образованию prFMN восстановленного . [2] Та же процедура с последующим повторным окислением в аэробных условиях привела к образованию prFMN радикала . Анаэробная инкубация apo-AnFdc1 с prFMN восстановленным с последующим воздействием кислорода привела к декарбоксилазной активности, однако инкубация с prFMN радикалом не дала активности apo-AnFdc1. Это говорит о том, что восстановленная форма prFMN может быть правильно окислена UbiD/Fdc1 до соответствующего prFMN иминиума (рисунок 2). [2]
Механизм
Кристаллические структуры P.aeruginosa UbiX (PaUbiX) показали, что субстрат DMAP расположен непосредственно над изоаллоксазиновым кольцом FMN и что диметилаллиловый аддукт N5-C1' образуется первым в качестве предпосылки для образования связи C6-C3' и создания четвертого неароматического кольца (рис. 1). [2] Было обнаружено, что несколько консервативных остатков связывают фосфатную группу DMAP с остатком E140, который, как предполагается, действует как донор протонов для усиления уходящей фосфатной группы. Исследование показало, что два остатка S15 и E49 играют важную роль в депротонировании N5 и образовании связи N5-C1' (рисунок 1), [2] мутация E49Q серьезно повлияла на способность PaUbiX активировать AnFdc1, а кристаллические структуры E49Q не выявили связи N5-C1' в течение 1–5 секунд после восстановления и быстрого замораживания, в отличие от дикого типа (WT) PaUbiX, для которого связь N5-C1' наблюдалась в течение 1–5 секунд. Это исследование не смогло захватить какие-либо промежуточные продукты во время образования связи C3'-C6, но предположило, что нуклеофильная атака C6 на карбокатион C3' происходит одновременно с протонированием C2' через связанный фосфат или после него. Затем было постулировано, что полученный аддукт циклогексадиена образует конечный продукт посредством ароматизации, сопутствующей отрыву протона через S15 и E49. Механизм, предлагаемый для PaUbiX, показан на рисунке 1. [2]
Эти результаты были обновлены в 2019 году новой публикацией, показывающей, что первый шаг, образование связи N5-C1', вероятно, происходит через механизм S N 1. [1] Это приводит к строгому требованию к диметилаллильному фрагменту субстрата для инициирования реакции . В той же статье показано, что алкилирование N5 происходило независимо от того, был ли это субстрат DMAP или DMAPP в специфическом для DMAPP UbiX из aspergillus niger (AnUbiX), поэтому этот шаг не зависит от бета-фосфата, присутствующего в DMAPP. [1] В том же ферменте AnUbiX они показали, что алкилирование Фриделя-Крафтса флавина C6 происходит только с использованием субстрата DMAPP. Мутации в участке связывания фосфата PaUbiX также не могли образовать связь C6-C3', но могли быть устранены путем добавления фосфата. Это подтвердило, что UbiX катализирует образование связи C6-C3' посредством фосфатного (и пирофосфатного) кислотно-основного катализа. [1]
Ссылки
- ^ abcde Marshall SA, Payne KA, Fisher K, White MD, Ní Cheallaigh A, Balaikaite A и др. (май 2019 г.). «Механизм реакции пренилтрансферазы флавина UbiX напоминает химию терпенциклазы I класса». Nature Communications . 10 (1): 2357. Bibcode :2019NatCo..10.2357M. doi :10.1038/s41467-019-10220-1. PMC 6541611 . PMID 31142738.
- ^ abcdef White MD, Payne KA, Fisher K, Marshall SA, Parker D, Rattray NJ и др. (июнь 2015 г.). «UbiX — это флавинпренилтрансфераза, необходимая для биосинтеза бактериального убихинона». Nature . 522 (7557): 502–506. Bibcode :2015Natur.522..502W. doi :10.1038/nature14559. PMC 4988493 . PMID 26083743.
- ^ Gulmezian M, Hyman KR, Marbois BN, Clarke CF, Javor GT (ноябрь 2007 г.). «Роль UbiX в биосинтезе кофермента Q Escherichia coli». Архивы биохимии и биофизики . 467 (2): 144–153. doi : 10.1016 /j.abb.2007.08.009. PMC 2475804. PMID 17889824.
- ^ Payne KA, White MD, Fisher K, Khara B, Bailey SS, Parker D, et al. (Июнь 2015). «Новый кофактор поддерживает декарбоксилирование α,β-ненасыщенной кислоты через 1,3-диполярное циклоприсоединение». Nature . 522 (7557): 497–501. Bibcode :2015Natur.522..497P. doi :10.1038/nature14560. PMC 4988494 . PMID 26083754.
- ^ Leys D (декабрь 2018 г.). «Метаморфоз флавина: трансформация кофактора через пренилирование». Current Opinion in Chemical Biology . 47 : 117–125. doi : 10.1016/j.cbpa.2018.09.024 . PMID 30326424. S2CID 53012607.
