Шикиматдегидрогеназа
| Шикиматдегидрогеназа | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 1.1.1.25 | ||||||||
| Номер CAS | 9026-87-3 | ||||||||
| 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 | АмиГО / КвикГО | ||||||||
| |||||||||
В энзимологии шикиматдегидрогеназа ( EC 1.1.1.25) — это фермент , катализирующий химическую реакцию
- шикимат + НАДФ + 3-дегидрошикимат + НАДФН + Н +
Таким образом, два субстрата этого фермента — шикимат и НАДФ + , тогда как его 3 продукта — 3-дегидрошикимат , НАДФН и Н + . Этот фермент участвует в биосинтезе фенилаланина , тирозина и триптофана .
Функция
Шикиматдегидрогеназа — это фермент, катализирующий один шаг шикиматного пути . Этот путь встречается у бактерий, растений, грибов, водорослей и паразитов и отвечает за биосинтез ароматических аминокислот ( фенилаланина , тирозина и триптофана ) из метаболизма углеводов. Напротив, у животных и людей этот путь отсутствует, поэтому продуктами этого биосинтетического пути являются незаменимые аминокислоты , которые должны поступать из рациона животных.
В этом пути участвуют семь ферментов. Шикиматдегидрогеназа (также известная как 3-дегидрошикиматдегидрогеназа) — это четвертый шаг из семи шагов процесса. На этом шаге 3-дегидрошикимат преобразуется в шикимат, а также восстанавливается НАДФ + до НАДФН.
Номенклатура
Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , в частности, тех, которые действуют на группу CH-OH донора с NAD + или NADP + в качестве акцептора. Систематическое название этого класса ферментов — шикимат:NADP + 3-оксидоредуктаза . Другие общеупотребительные названия включают:
- дегидрошикимовая редуктаза,
- шикимат оксидоредуктаза,
- шикимат: НАДФ + оксидоредуктаза,
- 5-дегидрошикиматредуктаза,
- шикимат 5-дегидрогеназа,
- 5-дегидрошикимовая редуктаза,
- DHS-редуктаза,
- шикимат: НАДФ + 5-оксидоредуктаза и
- АроЭ.
Реакция
Шикиматдегидрогеназа катализирует обратимую НАДФН-зависимую реакцию 3-дегидрошикимата в шикимат. [1] Фермент восстанавливает двойную связь углерод-кислород карбонильной функциональной группы до гидроксильной (ОН) группы, образуя анион шикимата . Реакция зависит от НАДФН, при этом НАДФН окисляется до НАДФ + .
Структура
N-концевой домен
| Шикиматдегидрогеназа, N-концевой домен | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Шикиматдегидрогеназа AroE в комплексе с НАДФ + | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Шикимате_dh_N | ||||||||
| Пфам | ПФ08501 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR013708 | ||||||||
| СКОП2 | 1vi2 / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Домен связывания субстрата дегидрогеназы шикимат, обнаруженный на N-конце, связывается с субстратом , 3-дегидрошикиматом. [2] Он считается каталитическим доменом. Он имеет структуру из шести бета-нитей, образующих скрученный бета-слой с четырьмя альфа-спиралями. [2]
С-концевой домен
| Шикиматдегидрогеназа C-терминал | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Глутамил-тРНК-редуктаза из methanopyrus kandleri | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Шикимате_ДХ | ||||||||
| Пфам | ПФ01488 | ||||||||
| Клан ПФАМ | CL0063 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR006151 | ||||||||
| СКОП2 | 1nyt / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
С-концевой домен связывается с НАДФН. Он имеет особую структуру, складку Россмана , в которой шестицепочечный скрученный и параллельный бета-слой с петлями и альфа-спиралями, окружающими основной бета-слой. [2]
Структура шикиматдегидрогеназы характеризуется двумя доменами, двумя альфа-спиралями и двумя бета-слоями с большой щелью, разделяющей домены мономера. [3] Фермент симметричен. Шикиматдегидрогеназа также имеет сайт связывания NADPH, который содержит складку Россмана. Этот сайт связывания обычно содержит глициновую P-петлю. [1] Домены мономера демонстрируют значительную гибкость, что предполагает, что фермент может открываться близко к субстрату 3-дегидрошикимату. Между доменами и сайтом связывания NADPH происходят гидрофобные взаимодействия. [1] Это гидрофобное ядро и его взаимодействия фиксируют форму фермента, хотя фермент представляет собой динамическую структуру. Также имеются доказательства в поддержку того, что структура фермента консервативна, то есть структура делает резкие повороты, чтобы занимать меньше места.
Паралоги
Escherichia coli ( E. coli ) экспрессирует две разные формы шикиматдегидрогеназы, AroE и YdiB. Эти две формы являются паралогами друг друга. Две формы шикиматдегидрогеназы имеют разные первичные последовательности в разных организмах, но катализируют одни и те же реакции. Существует около 25% сходства между последовательностями AroE и YdiB, но их две структуры имеют похожие структуры со схожими складками. YdiB может использовать НАД или НАДФ в качестве кофактора, а также реагирует с хинной кислотой. [3] Они обе имеют высокое сродство своих лигандов, что показано их схожими значениями фермента (K m ). [3] Обе формы фермента регулируются независимо. [3]
Приложения
Путь шикимата является целью для гербицидов и других нетоксичных препаратов, поскольку путь шикимата отсутствует у людей. Глифосат , широко используемый гербицид, является ингибитором 5-енолпирувилшикимат 3-фосфатсинтазы или EPSP-синтазы , фермента в пути шикимата. Проблема в том, что этот гербицид используется уже около 20 лет, и теперь появились некоторые растения, устойчивые к глифосату. Это имеет отношение к исследованию шикиматдегидрогеназы, поскольку важно поддерживать разнообразие в процессе блокирования фермента в пути шикимата, и при большем количестве исследований шикиматдегидрогеназа может стать следующим ферментом, который будет ингибирован в пути шикимата. Для разработки новых ингибиторов необходимо было выяснить структуры всех ферментов в пути. Наличие двух форм фермента усложняет разработку потенциальных лекарств, поскольку одна может компенсировать ингибирование другой. Также база данных TIGR показывает, что существует 14 видов бактерий с двумя формами шикиматдегидрогеназы. [3] Это проблема для производителей лекарств, поскольку есть два фермента, которые потенциальному лекарству необходимо будет ингибировать одновременно. [3]
Ссылки
- ^ abc Ye S, Von Delft F, Brooun A, Knuth MW, Swanson RV, McRee DE (июль 2003 г.). «Кристаллическая структура дегидрогеназы шикимат (AroE) обнаруживает уникальный режим связывания НАДФН». J. Bacteriol . 185 (14): 4144–51. doi :10.1128/JB.185.14.4144-4151.2003. PMC 164887. PMID 12837789 .
- ^ abc Lee HH (2012). «Высокоразрешающая структура дегидрогеназы шикимат из Thermotoga maritima выявляет плотно закрытую конформацию». Mol Cells . 33 (3): 229–33. doi :10.1007/s10059-012-2200-x. PMC 3887703 . PMID 22095087.
- ^ abcdef Michel G, Roszak AW, Sauvé V, Maclean J, Matte A, Coggins JR, Cygler M, Lapthorn AJ (май 2003 г.). «Структуры шикиматдегидрогеназы AroE и ее паралога YdiB. Общая структурная основа для различных видов деятельности». J. Biol. Chem . 278 (21): 19463–72. doi : 10.1074/jbc.M300794200 . PMID 12637497.
Дальнейшее чтение
- Балинский Д., Дэвис Д. Д. (1961). «Ароматический биосинтез у высших растений. 1. Получение и свойства дегидрошикимовой редуктазы». Biochem. J . 80 (2): 292–6. doi :10.1042/bj0800292. PMC 1243996 . PMID 13686342.
- Мицухаши С., Дэвис Б. Д. (1954). «Ароматический биосинтез. XIII. Превращение хинной кислоты в 5-дегидрохинную кислоту хинной дегидрогеназой». Biochim. Biophys. Acta . 15 (2): 268–80. doi :10.1016/0006-3002(54)90069-4. PMID 13208693.
- Янив Х, Гилварг К (1955). «Ароматический биосинтез. XIV. 5-Дегидрошикимовая редуктаза». J. Biol. Chem . 213 (2): 787–95. doi : 10.1016/S0021-9258(18)98210-4 . PMID 14367339.
- Чаудхури С., Коггинс Дж. Р. (1985). «Очистка шикиматдегидрогеназы из Escherichia coli». Biochem. J . 226 (1): 217–23. doi :10.1042/bj2260217. PMC 1144695 . PMID 3883995.
- Антон IA, Коггинс JR (1988). «Секвенирование и сверхэкспрессия гена Escherichia coli aroE, кодирующего шикиматдегидрогеназу». Biochem. J . 249 (2): 319–26. doi :10.1042/bj2490319. PMC 1148705 . PMID 3277621.
