Рибофлавинсинтаза

6,7-диметил-8-рибитиллумазинсинтаза
6,7-диметил-8-рибитиллумазинсинтаза
	Рибофлавинсинтаза из S. pombe связана с карбоксиэтиллюмазином.
Идентификаторы
Символ	DMRL_синтаза
Пфам	ПФ00885
ИнтерПро	IPR002180
СКОП2	1rvv / SCOPe / SUPFAM
Пфам
Доступные структуры белков:
Пфам	структуры / ECOD
ПДБ	RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum	резюме структуры
ПДБ	1c2y , 1c41 , 1di0 , 1ejb , 1hqk , 1kyv , 1kyx , 1kyy , 1kz1 , 1kz4 , 1kz6 , 1kz9 , 1nqu , 1nqv , 1nqw , 1nqx , 1rvv , 1t13 , 1w19 , 1w29 , 1xn1 , 1zis , 2a57 , 2a58 , 2a59 , 2c92 , 2c94 , 2c97 , 2c9b , 2c9d , 2f59 , 2i0f , 2o6h , 2obx , 2vi5

Поиск
ЧВК	статьи
PubMed	статьи
NCBI	белки

Рибофлавинсинтаза
Рибофлавинсинтаза
	Кристаллографическая структура рибофлавинсинтазы E. coli;
Идентификаторы
Номер ЕС	2.5.1.9
Номер CAS	9075-82-5
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
ЧВК
Поиск
ЧВК	статьи
PubMed	статьи
NCBI	белки

Рибофлавинсинтаза — фермент , катализирующий конечную реакцию биосинтеза рибофлавина . Он катализирует перенос четырехуглеродной единицы с одной молекулы 6,7-диметил-8-рибитиллумазина на другую, что приводит к синтезу рибофлавина и 5-амино-6-рибитиламино-2,4(1H , 3H ) -пиримидиндиона :

(2) 6,7-диметил-8-рибитиллумазин → рибофлавин + 5-амино-6-рибитиламино-2,4(1 H ,3 H )-пиримидиндион

Структура

Мономер рибофлавинсинтазы имеет молекулярную массу около 23 кДа. Каждый мономер содержит два бета-бочонка и одну α-спираль на С-конце (остатки 186-206). Мономер сворачивается в псевдодвукратную симметрию, предсказанную сходством последовательностей между N-концевым бочонком (остатки 4-86) и С-концевым бочонком (остатки 101-184). ^[1] Интерфейс между этими бочонками двух разных субъединиц является местоположением активного центра . ^[3] Фермент из разных видов принимает разные четвертичные структуры , содержащие до 120 субъединиц. ^[4]

Архейная рибофлавинсинтаза формируется как гомопентамер, тогда как эубактериальная , грибковая и растительная рибофлавинсинтаза существует как гомотример. Их последовательности совершенно не связаны, архейный фермент паралогичен 6,7 -диметил-8-рибитиллумазинсинтазе . ^[3] Реакции, катализируемые этими двумя типами рибофлавинсинтазы, протекают через «энантиомерные» промежуточные продукты. ^[3]

Активный сайт

Две молекулы 6,7-диметил-8-рибитиллумазина (синтезированные люмазинсинтазой ) связаны водородом с каждым мономером, поскольку два домена топологически схожи. ^[5] Активный центр расположен на границе субстратов между парами мономеров, и были созданы смоделированные структуры димера активного центра . ^[2] Только один из активных центров фермента катализирует образование рибофлавина в один момент времени, в то время как два других центра обращены наружу и подвергаются воздействию растворителя . ^[1] На рисунке показаны аминокислотные остатки , участвующие в образовании водородных связей с лигандом . Участвующие остатки могут включать Thr148, Met160, Ile162, Thr165, Val6, Tyr164, Ser146 и Gly96 в C-концевом домене и Ser41, Thr50, Gly 62, Ala64, Ser64, Val103, Cys48, His102 в N-концевом домене. ^[3]

Водородная связь между субстратом и ферментом в С-концевом домене. ^[2]
Водородная связь между субстратом и ферментом в N-концевом домене. ^[2]

Механизм

Для катализа не нужны кофакторы . Кроме того, образование рибофлавина из 6,7-диметил-8-рибитиллумазина может происходить в кипящем водном растворе в отсутствие рибофлавинсинтазы. ^[6] Реакция выглядит следующим образом:

(2) 6,7-диметил-8-рибитиллумазин → рибофлавин + 5-амино-6-рибитиламино-2,4(1 H ,3 H )-пиримидиндион

На границе субстрата между парами мономеров фермент удерживает две молекулы 6,7-диметил-8-рибитиллумазина в положении с помощью водородной связи для катализа реакции дисмутации . ^[6] Кроме того, был предложен кислотно-основной катализ аминокислотными остатками. Конкретные остатки могут включать диаду His102/Thr148 в качестве основания для депротонирования метильной группы C7a . Из диады His102 находится в N-стволе, а Thr148 — в C-стволе, что подчеркивает важность близости двух субъединиц фермента на ранних стадиях реакции. ^[7] Также было высказано предположение, что идентичность нуклеофила — это один из следующих консервативных остатков: Ser146, Ser41, Cys48 или Thr148, или вода в некатализируемой реакции. ^[1] В исследованиях роли Cys48 как возможного нуклеофила не было определено, происходит ли нуклеофильное замещение посредством реакции SN1 или SN2 . ^[7]

В ходе реакции дисмутации происходит обмен четырьмя углеродными единицами между двумя молекулами 6,7-диметил-8-рибитиллумазина. В ходе реакции образуется пентациклическая молекула, которая затем распадается на рибофлавин и 5-амино-6-рибитиламино-2,4(1 H ,3 H )-пиримидиндион. Интересно, что архейная рибофлавинсинтаза создает «энантиомерный» промежуточный продукт в отличие от эубактериальной, грибковой и растительной рибофлавинсинтазы, где атака одной молекулы происходит с противоположной стороны по сравнению с другим ферментом. ^[3] Точный механизм образования циклического аддукта неизвестен. Также неизвестно, как именно этот механизм протекает, когда он не катализируется ферментом. ^[3]

Производство наркотиков

Ученые выдвинули гипотезу, что ферменты, участвующие в пути биосинтеза рибофлавина, включая рибофлавинсинтазу, могут быть использованы для разработки антибактериальных препаратов для лечения инфекций, вызванных грамотрицательными бактериями и дрожжами . Эта гипотеза основана на неспособности грамотрицательных бактерий, таких как E. coli и S. typhimurium , поглощать рибофлавин из внешней среды. ^[3]^[8] Поскольку грамотрицательным бактериям необходимо вырабатывать собственный рибофлавин, ингибирование рибофлавинсинтазы или других ферментов, участвующих в этом пути, может быть полезным инструментом при разработке антибактериальных препаратов.

Наиболее мощным ингибитором рибофлавинсинтазы является 9- D- рибитил-1,3,7-тригидропурин-2,6,8-трион со _{значением} Ki 0,61 мкМ. Считается, что он работает посредством конкурентного ингибирования с 6,7-диметил-8-рибитиллумазином. ^[8]

Смотрите также

Люмазинсинтаза

Ссылки

^ abcd PDB : 1i8d ; Liao DI, Wawrzak Z, Calabrese JC, Viitanen PV, Jordan DB (май 2001). "Кристаллическая структура рибофлавинсинтазы". Structure . 9 (5): 399–408. doi : 10.1016/S0969-2126(01)00600-1 . PMID 11377200.
^ abcd PDB : 1kzl ; Gerhardt S, Schott AK, Kairies N, Cushman M, Illarionov B, Eisenreich W, Bacher A, Huber R, Steinbacher S, Fischer M (октябрь 2002 г.). "Исследования механизма реакции рибофлавинсинтазы: рентгеновская кристаллическая структура комплекса с 6-карбоксиэтил-7-оксо-8-рибитиллумазином". Structure . 10 (10): 1371–81. doi : 10.1016/S0969-2126(02)00864-X . PMID 12377123.
^ abcdefg Фишер М, Бахер А (июнь 2008 г.). «Биосинтез витамина B2: структура и механизм действия рибофлавинсинтазы». Arch. Biochem. Biophys . 474 (2): 252–65. doi :10.1016/j.abb.2008.02.008. PMID 18298940.
^ "EC 2.5.1.9". ebi.ac.uk . Получено 28.11.2021 .
^ Фишер М., Шотт А.К., Кемтер К., Файхт Р., Рихтер Г., Илларионов Б., Эйзенрайх В., Герхардт С., Кушман М., Штайнбахер С., Хубер Р., Бахер А. (декабрь 2003 г.). «Рибофлавинсинтаза Schizosaccharomyces pombe. Динамика белков, выявленная с помощью экспериментов по возмущению белков ЯМР 19F». БМК Биохим . 4:18 . дои : 10.1186/1471-2091-4-18 . ПМК 337094 . ПМИД 14690539.
^ ab Bacher A, Eberhardt S, Fischer M, Kis K, Richter G (2000). «Биосинтез витамина b2 (рибофлавина)». Annu. Rev. Nutr . 20 : 153–67. doi :10.1146/annurev.nutr.20.1.153. PMID 10940330.
^ ab Zheng YJ, Jordan DB, Liao DI (август 2003 г.). «Исследование промежуточного продукта реакции в активном центре рибофлавинсинтазы». Bioorg. Chem . 31 (4): 278–87. doi :10.1016/S0045-2068(03)00029-4. PMID 12877878.
^ ab Cushman M, Yang D, Kis K, Bacher A (декабрь 2001 г.). «Разработка, синтез и оценка 9-D-рибитил-1,3,7-тригидро-2,6,8-пуринтриона, мощного ингибитора рибофлавинсинтазы и люмазинсинтазы». J. Org. Chem . 66 (25): 8320–7. doi :10.1021/jo010706r. PMID 11735509.

Внешние ссылки

Рибофлавин+синтаза в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)

[Liao-1] PDB : 1i8d ; Liao DI, Wawrzak Z, Calabrese JC, Viitanen PV, Jordan DB (май 2001). "Кристаллическая структура рибофлавинсинтазы". Structure . 9 (5): 399–408. doi : 10.1016/S0969-2126(01)00600-1 . PMID 11377200.

[Gerhardt-2] PDB : 1kzl ; Gerhardt S, Schott AK, Kairies N, Cushman M, Illarionov B, Eisenreich W, Bacher A, Huber R, Steinbacher S, Fischer M (октябрь 2002 г.). "Исследования механизма реакции рибофлавинсинтазы: рентгеновская кристаллическая структура комплекса с 6-карбоксиэтил-7-оксо-8-рибитиллумазином". Structure . 10 (10): 1371–81. doi : 10.1016/S0969-2126(02)00864-X . PMID 12377123.

[FBacher-3] Фишер М, Бахер А (июнь 2008 г.). «Биосинтез витамина B2: структура и механизм действия рибофлавинсинтазы». Arch. Biochem. Biophys . 474 (2): 252–65. doi :10.1016/j.abb.2008.02.008. PMID 18298940.

[4] "EC 2.5.1.9". ebi.ac.uk . Получено 28.11.2021 .

[Fischer-5] Фишер М., Шотт А.К., Кемтер К., Файхт Р., Рихтер Г., Илларионов Б., Эйзенрайх В., Герхардт С., Кушман М., Штайнбахер С., Хубер Р., Бахер А. (декабрь 2003 г.). «Рибофлавинсинтаза Schizosaccharomyces pombe. Динамика белков, выявленная с помощью экспериментов по возмущению белков ЯМР 19F». БМК Биохим . 4:18 . дои : 10.1186/1471-2091-4-18 . ПМК 337094 . ПМИД 14690539.

[Bacher-6] Bacher A, Eberhardt S, Fischer M, Kis K, Richter G (2000). «Биосинтез витамина b2 (рибофлавина)». Annu. Rev. Nutr . 20 : 153–67. doi :10.1146/annurev.nutr.20.1.153. PMID 10940330.

[Zheng-7] Zheng YJ, Jordan DB, Liao DI (август 2003 г.). «Исследование промежуточного продукта реакции в активном центре рибофлавинсинтазы». Bioorg. Chem . 31 (4): 278–87. doi :10.1016/S0045-2068(03)00029-4. PMID 12877878.

[Cushman-8] Cushman M, Yang D, Kis K, Bacher A (декабрь 2001 г.). «Разработка, синтез и оценка 9-D-рибитил-1,3,7-тригидро-2,6,8-пуринтриона, мощного ингибитора рибофлавинсинтазы и люмазинсинтазы». J. Org. Chem . 66 (25): 8320–7. doi :10.1021/jo010706r. PMID 11735509.