Фториназа
Фториназа (аденозилфторидсинтаза)
Идентификаторы
Номер ЕС2.5.1.63
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Фермент фториназа ( EC 2.5.1.63, также известный как аденозилфторидсинтаза) катализирует реакцию между ионом фтора и кофактором S -аденозил-L-метионином для получения L-метионина и 5'-фтор-5'-дезоксиаденозина , первого зафиксированного продукта пути биосинтеза фторметаболитов. [1] Первоначально фториназа была выделена из почвенной бактерии Streptomyces cattleya , но с тех пор гомологи были идентифицированы в ряде других видов бактерий, включая Streptomyces sp. MA37, Nocardia brasiliensis и Actinoplanes sp. N902-109. [2] Это единственный известный фермент, способный катализировать образование связи углерод-фтор, самой прочной одинарной связи в органической химии. [3]

Фториназа катализирует реакцию между ионом фтора и кофактором S -аденозил-L-метионином (SAM) с образованием 5'-фтор-5'-дезоксиаденозина (FDA) и L-метионина (L-Met). [1]

Гомологичный фермент хлориназа , который катализирует ту же реакцию с хлоридом , а не фторид-ионом, был выделен из Salinospora tropica из биосинтетического пути салиноспорамида А. [4]

Реактивность

Фториназа катализирует нуклеофильное замещение типа S N 2 в положении C-5' SAM, в то время как L-метионин действует как нейтральная уходящая группа. [5] [6] Реакция, катализируемая фториназой, оценивается в 10 6 [6] и 10 15 [7] раз быстрее, чем некатализируемая реакция, что является значительным увеличением скорости. Несмотря на это, фториназа по-прежнему считается медленным ферментом с числом оборотов ( k cat ) 0,06 мин −1 . [8] Высокий кинетический барьер реакции объясняется сильной сольватацией фторид-иона в воде, что приводит к высокой энергии активации, связанной с отрывом сольватирующих молекул воды от водного фторид-иона, превращая фторид в мощный нуклеофил в активном центре.

Реакция, катализируемая фториназой, обратима, и при инкубации 5'-фтор-5'-дезоксиаденозина и L-метионина с фториназой образуются SAM и ион фтора. [9] Замена L-метионина на L-селенометионин приводит к 6-кратному увеличению скорости обратной реакции [9] из-за повышенной нуклеофильности селенового центра по сравнению с серным центром.

Фториназа демонстрирует определенную степень субстратной толерантности к галогенид-иону, а также может использовать хлорид-ион вместо фторид-иона. В то время как равновесие реакции между SAM и фторид-ионом смещено в сторону продуктов FDA и L-метионина, в случае хлорид-иона положение равновесия обратное. Инкубация SAM и хлорид-иона с фториназой не приводит к образованию 5'-хлор-5'-дезоксиаденозина (ClDA), если не добавлен дополнительный фермент, оксидаза L-аминокислоты . Оксидаза аминокислот удаляет L-метионин из реакции, превращая его в соответствующую оксокислоту.

Фториназа также может катализировать реакцию между хлорид -ионом и кофактором S -аденозил-L-метиоинином (SAM) для получения 5'-хлор-5'-дезоксиаденозина (ClDA) и L-метионина (L-Met). Реакция протекает только тогда, когда L-метионин удаляется из реакции оксидазой L-аминокислот, сдвигая равновесие реакции в сторону ClDA.

Галогенидное предпочтение, связанное с положением двух равновесий реакции, позволяет ферменту катализировать чистую реакцию трансгалогенирования. [9] Инкубация 5'-хлор нуклеозидов с ферментом вместе с каталитическим L-селенометионином или L-метионином приводит к образованию 5-фтор нуклеозидов. При использовании [ 18 F]фторида эта реакция трансгалогенирования может быть использована для синтеза радиоактивных меток для позитронно-эмиссионной томографии . [10] [11]

Инкубация ClDA с фториназой в присутствии L-метионина и фторид-иона приводит к образованию FDA через промежуточное соединение SAM.

Структурные исследования

По состоянию на конец 2007 года для этого класса ферментов было решено 9 структур с кодами доступа PDB 1RQP, 1RQR, 2C2W, 2C4T, 2C4U, 2C5B, 2C5H, 2CBX и 2CC2.

Названия, данные ферменту, происходят не от структуры, а от функции: 5-фтор-5-дезоксиаденозин — это синтезированная молекула. ​​Структура гомологична серии ферментов duf-62 . Фермент представляет собой димер тримеров (2 молекулы, каждая из которых содержит три субъединицы). Активные центры расположены между этими субъединицами (интерфейсы субъединиц), каждый из которых может связываться с одной молекулой SAM за раз. [12]

Биосинтез фторметаболитов

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab O'Hagan D, Schaffrath C, Cobb SL, Hamilton JT, Murphy CD (март 2002 г.). "Биохимия: биосинтез фторорганической молекулы". Nature . 416 (6878): 279. doi : 10.1038/416279a . PMID  11907567.
  2. ^ Дэн Х, Ма Л, Бандаранаяка Н, Цинь З, Манн Г, Кьеремех К, Ю И, Шеперд Т, Найсмит Дж Х, О'Хаган Д (февраль 2014 г.). «Идентификация фториназ из Streptomyces sp MA37, Norcardia brasiliensis и Actinoplanes sp N902-109 с помощью геномного анализа». ChemBioChem . 15 (3): 364–8. doi :10.1002/cbic.201300732. PMID  24449539.
  3. ^ O'Hagan D (февраль 2008). «Понимание химии фторорганических соединений. Введение в связь CF». Chemical Society Reviews . 37 (2): 308–19. doi :10.1039/b711844a. PMID  18197347.
  4. ^ Eustáquio AS, Pojer F, Noel JP, Moore BS (январь 2008 г.). «Открытие и характеристика морской бактериальной SAM-зависимой хлориназы». Nature Chemical Biology . 4 (1): 69–74. doi :10.1038/nchembio.2007.56. PMC 2762381 . PMID  18059261. 
  5. ^ Cadicamo CD, Courtieu J, Deng H, Meddour A, O'Hagan D (май 2004 г.). «Ферментативное фторирование в Streptomyces cattleya происходит с инверсией конфигурации, соответствующей механизму реакции SN2». ChemBioChem . 5 (5): 685–90. doi :10.1002/cbic.200300839. PMID  15122641.
  6. ^ ab Senn HM, O'Hagan D, Thiel W (октябрь 2005 г.). «Взгляд на образование ферментативных связей CF из расчетов QM и QM/MM». Журнал Американского химического общества . 127 (39): 13643–55. doi :10.1021/ja053875s. PMID  16190730.
  7. ^ Lohman DC, Edwards DR, Wolfenden R (октябрь 2013 г.). «Катализ десольватацией: каталитическая мощь SAM-зависимых галогеналкилирующих ферментов». Журнал Американского химического общества . 135 (39): 14473–5. doi :10.1021/ja406381b. PMID  24041082.
  8. ^ Чжу X, Робинсон Д.А., Макьюэн А.Р., О'Хаган Д., Нейсмит Дж.Х. (ноябрь 2007 г.). «Механизм ферментативного фторирования у Streptomycesttleya». Журнал Американского химического общества . 129 (47): 14597–604. дои : 10.1021/ja0731569. ПМЦ 3326528 . ПМИД  17985882. 
  9. ^ abc Deng H, Cobb SL, McEwan AR, McGlinchey RP, Naismith JH, O'Hagan D, Robinson DA, Spencer JB (январь 2006 г.). «Флуориназа из Streptomyces Cattleya также является хлориназой». Angewandte Chemie . 45 (5): 759–62. doi :10.1002/anie.200503582. PMC 3314195 . PMID  16370017. 
  10. ^ Deng H, Cobb SL, Gee AD, Lockhart A, Martarello L, McGlinchey RP, O'Hagan D, Onega M (февраль 2006 г.). «Формирование связи C-(18)F с помощью фториназы, ферментативный инструмент для маркировки ПЭТ». Chemical Communications (6): 652–4. doi :10.1039/b516861a. PMID  16446840.
  11. ^ Томпсон С., Онега М., Эшворт С., Флеминг ИН., Пасшье Дж., О'Хаган Д. (сентябрь 2015 г.). «Двухшаговая маркировка пептида RGD с помощью фермента флуориназы (18)F для позитронно-эмиссионной томографии». Chemical Communications . 51 (70): 13542–5. doi : 10.1039/c5cc05013h . hdl : 10023/7790 . PMID  26221637.
  12. ^ Dong C, Huang F, Deng H, Schaffrath C, Spencer JB, O'Hagan D, Naismith JH (февраль 2004 г.). «Кристаллическая структура и механизм бактериального фторирующего фермента». Nature . 427 (6974): 561–5. doi :10.1038/nature02280. PMID  14765200.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Фториназа&oldid=1225033744"