Тиаминаза
Класс ферментов
Тиаминпиридинилаза
Идентификаторы
Номер ЕС2.5.1.2
Номер CAS9030-35-7
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Аминопиримидинаминогидролаза
Идентификаторы
Номер ЕС3.5.99.2
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
Тиамин

Тиаминаза — это фермент , который метаболизирует или расщепляет тиамин на пиримидин и тиазол. При употреблении является антинутриентом .

Старое название — «аневриназа». [1]

Существует два типа с разными номерами Комиссии по ферментам : [2]

  • Тиаминпиридинилаза, тиаминаза I ( EC 2.5.1.2, InterPro :  IPR030901 )
    • пиридин + тиамин <=> 5-(2-гидроксиэтил)-4-метилтиазол + гетеропиритиамин [3]
    • Выделяется Paenibacillus thiaminolyticus [4] , анаэробным организмом, который встречается в тонком кишечнике человека.
  • Аминопиримидинаминогидролаза, тинаминаза II ( EC 3.5.99.2, InterPro :  IPR027574 , IPR004305 )
    • 4-амино-5-аминометил-2-метилпиримидин + H 2 O <=> 4-амино-5-гидроксиметил-2-метилпиримидин + NH 2 + [5]
    • H 2 O + тиамин <=> 4-амино-5-гидроксиметил-2-метилпиримидин + 5-(2-гидроксиэтил)-4-метилтиазол + H + [5]
    • Вырабатывается широким спектром растений и бактерий. В этих организмах он в основном отвечает за спасение тиаминпиримидина из продуктов распада, а не за распад тиамина. [5] В бактериях он остается внутри их клеток. [6]

Структура и функции

Тиаминаза I

Тиаминаза I расщепляет пиримидиновое кольцо в тиамине от тиазолиевого кольца в метиленовом мостике. Оттуда она добавляет базовое соединение к пиримидину, создавая аналог ингибитора тиамина. Тиаминаза I обладает способностью использовать множество CN-расщепляющих нуклеофильных субстратов, таких как цистеин, пиридин, анилин, вератриламин, дитиотреитол и хинолин. [7]

При анализе структуры тиаминазы I она показывает складку, похожую на складку периплазматических связывающих белков группы II, таких как белок, связывающий мальтозу. [8] Эти периплазматические связывающие белки имеют два домена, каждый из которых содержит складку α/β. Эти два домена объединяются, образуя глубокую щель, которая соединена тремя кроссоверными сегментами. Из-за этой структуры ученые предположили, что тиаминаза I могла произойти от доисторического периплазматического связывающего белка, который отвечал за захват тиамина. [8] Между двумя доменами, в щели, находится активный сайт для тиаминазы I. Вдоль щели находятся четыре кислотных остатка и шесть остатков тирозина. Для того чтобы тиамин взаимодействовал с тиаминазой I, он располагается в активном сайте между пиримидином и Asp272 двумя водородными связями. Glu241 затем активирует Cys113 для атаки C6 пиримидина. Это образует цвиттер-ионный промежуточный продукт. [8] Glu241 вызывает протонирование и нуклеофильную атаку, что приводит к расщеплению связи между пиримидином и тиазолом. При наблюдении за кристаллической структурой, она имеет два домена типа α/β, разделенных большой щелью. При комнатной температуре две молекулы имеют некристаллографическую двойную ось, которая соединена сульфатным ионом. [9]

Тиаминаза II

Тиаминаза II расщепляет, но не добавляет основание. Тиаминаза II может использовать в качестве нуклеофила только воду . [10]

Было обнаружено, что тиаминаза II является TenA. Для того, чтобы расщепить связь CN между тиазолом и пиримидином, тиаминаза использует только воду в качестве нуклеофила. При рассмотрении тиаминазы II обнаруживается, что она имеет кристаллическую структуру, которая имеет 11 спиралей, окружающих глубокий кислотный карман. [8] Для каждого мономера, присутствующего в четвертичной структуре, он взаимодействует с двумя другими мономерами. Существует несколько остатков, таких как Tyr112, Phe208, Tyr47 и Tyr163, которые вносят определенный вклад в π-стекинговую среду, окружающую лиганд HMP. [8] Боковая цепь Glu205 образует водородную связь с азотом N1 в пиримидиновом кольце. Затем боковая цепь Tyr163 и Asp44 объединяются, образуя водородные связи с N3 и N4'. [8] Наконец, каталитический остаток Cys135 располагается вблизи C2 в пиридиновом кольце, завершая расщепление тиамина на его гетероциклы. [8]

Источники

Этот фермент можно найти в различных источниках. Его можно найти в морских организмах, растениях и бактериях. Поскольку тиамин (витамин B 1 ) является очень важным веществом, необходимым для метаболических путей почти всех организмов, введение тиаминазы в систему может быть очень пагубным. Часто организм получает этот фермент, поглощая другой организм, который его несет. В большинстве случаев в рыбе-добыче содержится одна из бактерий, которая производит этот фермент. Когда эта рыба-добыча потребляется сырой без обработки, бактерии передаются потребителю. [11] Потребитель в конечном итоге заболевает, даже умирает, от дефицита тиамина . Это было замечено в различных лабораторных исследованиях. Благодаря этим исследованиям фермент был обнаружен у рыбы-зебры, а также у красной корнетовой рыбы. [11] Приготовление пищи, содержащей тиаминазу, обычно инактивирует фермент. [11]

Источники тиаминазы I включают:

Источники тиаминазы II включают:

Эффекты

Функция

До сих пор неясно, что делает тиаминаза для рыб, бактериальных клеток или насекомых, которые ее содержат. В папоротниках тиаминаза I, как полагают, обеспечивает защиту от насекомых [18]

Исследования показали, что тиамингидролаза (тиаминаза II), которая, как первоначально считалось, участвует исключительно в деградации тиамина, на самом деле была идентифицирована как играющая роль в деградации тиамина с сохранением пиримидиновой части. Продукт гидролиза тиамина N-формил-4-амино-5-аминометил-2-метилпиримидин транспортируется в клетку и деформилируется амидогидролазой ylmB и гидролизуется до 5-аминоимидазолриботида. [19]

При попадании внутрь

В 1941 году он был описан как причина смертельно опасной атактической невропатии у лисиц, выращиваемых на фермах и питающихся сырым карпом . [20]

Он также известен как причина цереброкортикотического некроза у крупного рогатого скота и полиоэнцефаломалазии у овец, употребляющих в пищу растения, содержащие тиаминазу. [21] [22]

Это когда-то вызывало экономические потери в выращивании рыбы , например, в желтохвосте, питавшемся сырым анчоусом в качестве единственного корма в течение определенного периода, а также в морском леще и радужной форели . Та же проблема изучается в системе естественной пищевой цепи. [23]

Личинки дикого шелкопряда Anaphe venata употребляются в пищу в районе дождевых лесов Нигерии в качестве дополнительного белкового питания, а термоустойчивая тиаминаза в них вызывает острую сезонную мозжечковую атаксию, называемую африканской сезонной атаксией или нигерийской сезонной атаксией . [24]

В 1860–61 годах Берк и Уиллс были первыми европейцами, пересекшими Австралию с юга на север; по возвращении они питались в основном сырым папоротником нарду . Возможно, это привело к их смерти из-за чрезвычайно высокого уровня тиаминазы, содержащейся в нарду. Аборигены готовили нарду, замачивая спорокарпы в воде по крайней мере на день, чтобы избежать эффектов дефицита тиамина , которые могли возникнуть при употреблении сырых листьев. В журналах исследователей они отметили множество симптомов дефицита тиамина, поэтому считается, что они не вымачивали нарду достаточно долго. В конечном итоге дефицит тиамина мог привести к их гибели. [2] Стоит отметить, что существует несколько других гипотез относительно того, что могло убить Берка и Уиллса, и это широко обсуждается историками и учеными. [ требуется цитата ]

Ссылки

  1. ^ Фудзита А., Нос И., Козука С., Таширо Т., Уэда К., Сакамото С. (май 1952 г.). «Исследования тиаминазы. I. Активация распада тиамина органическими основаниями». Журнал биологической химии . 196 (1): 289–95. doi : 10.1016/S0021-9258(18)55732-X . PMID  12980969.
  2. ^ ab Тиаминазы
  3. ^ "ФЕРМЕНТ - 2.5.1.2 тиаминпиридинилаза". genetic.expasy.org .
  4. ^ "UniProt P45741". www.uniprot.org .
  5. ^ abc "ФЕРМЕНТ - 3.5.99.2 аминопиримидинаминогидролаза". genetic.expasy.org .
  6. ^ аб Накацука Т, Сузуки К, Накано Ю, Китаока С (1988). «Физико-химические свойства внутриклеточной тиаминазы II Bacillus aneurinolyticus». Витамины (Япония) . 62 : 15–22.
  7. ^ ab Sikowitz, MD; Shome, B; Zhang, Y; Begley, TP; Ealick, SE (5 ноября 2013 г.). «Структура комплекса тиаминаза I Clostridium botulinum C143S/тиамин раскрывает архитектуру активного сайта». Биохимия . 52 (44): 7830–9. doi :10.1021/bi400841g. PMC 3883099. PMID  24079939 . 
  8. ^ abcdefg Юргенсон, Кристофер Т.; Бегли, Тэдг П.; Иллик, Стивен Э. (2009). «Структурные и биохимические основы биосинтеза тиамина». Annual Review of Biochemistry . 78 : 569–603. doi : 10.1146/annurev.biochem.78.072407.102340. ISSN  0066-4154. PMC 6078420. PMID 19348578  . 
  9. ^ Кампобассо, Нино; Костелло, Колин А.; Кинсленд, Синтия; Бегли, Тэдг П.; Иллик, Стивен Э. (1998-11-01). «Кристаллическая структура тиаминазы-I из Bacillus thiaminolyticus при разрешении 2,0 Å». Биохимия . 37 (45): 15981–15989. doi :10.1021/bi981673l. ISSN  0006-2960. PMID  9843405.
  10. ^ "Тиаминаза - обзор | Темы ScienceDirect". www.sciencedirect.com . Получено 24.10.2023 .
  11. ^ abcd Рихтер, Кэтрин А.; Эванс, Эллисон Н.; Хеппелл, Скотт А.; Заичек, Джеймс Л.; Тиллитт, Дональд Э. (13 января 2023 г.). «Генетическая основа активности тиаминазы I у позвоночных рыбок данио Danio rerio». Научные отчеты . 13 (1): 698. Бибкод : 2023NatSR..13..698R. дои : 10.1038/s41598-023-27612-5. ISSN  2045-2322. ПМЦ 9839694 . ПМИД  36639393. 
  12. ^ abc NcCleary BV, Chick BF (1977). "Очистка и свойства тиаминазы I из Nardoo (Marsilea drummondii)". Phytochemistry . 16 (2): 207–213. doi :10.1016/S0031-9422(00)86787-4. Ферменты тиаминазы I, присутствующие в культуральных растворах Bacillus thiaminolyticus [3-5] и Clostridium sporogenes [6-8], были высокоочищены и проведены подробные кинетические исследования. Но, несмотря на важность фермента тиаминазы I в отравлении запасов папоротником-орляком [9], имеется ограниченная информация о свойствах этой или других тиаминаз папоротника.
  13. ^ Фабр Б., Гей Б., Бофилс П. Тиаминазная активность в хвоще полевом и его экстрактах. Растения лекарственные и фитотерапия. 1993;26(3):190–197.
  14. ^ Boś M, Kozik A (февраль 2000 г.). «Некоторые молекулярные и ферментативные свойства однородного препарата тиаминазы I, очищенной из печени карпа». Journal of Protein Chemistry . 19 (2): 75–84. doi :10.1023/A:1007043530616. PMID  10945431. S2CID  24767144.
  15. ^ Wittliff JL, Airth RL (февраль 1968). «Внеклеточная тиаминаза I Bacillus thiaminolyticus. I. Очистка и физико-химические свойства». Биохимия . 7 (2): 736–44. doi :10.1021/bi00842a032. PMID  4966932.
  16. ^ Nishimune T, Watanabe Y, Okazaki H, Akai H (2000). «Тиамин разлагается из-за энтомофагии Anaphe spp. у пациентов с сезонной атаксией в Нигерии». J. Nutr . 130 (6): 1625–28. doi : 10.1093/jn/130.6.1625 . PMID  10827220. Тиаминаза в буферном экстракте куколок Anaphe была типа I
  17. ^ Томс AV, Хаас AL, Парк JH, Бегли TP, Иллик SE (февраль 2005 г.). «Структурная характеристика регуляторных белков TenA и TenI из Bacillus subtilis и идентификация TenA как тиаминазы II». Биохимия . 44 (7): 2319–29. doi :10.1021/bi0478648. PMID  15709744.
  18. ^ Vetter J (2010). "Токсикологические и медицинские аспекты наиболее часто встречающегося вида папоротника, Pteridium aquilinum (L.) Kuhn". Работа с папоротниками: проблемы и приложения . стр. 361–375. doi :10.1007/978-1-4419-7162-3_25. ISBN 978-1-4419-7161-6.
  19. ^ Jenkins AH, Schyns G, Potot S, Sun G, Begley TP (август 2007 г.). «Новый путь спасения тиамина». Nature Chemical Biology . 3 (8): 492–7. doi :10.1038/nchembio.2007.13. PMID  17618314.
  20. ^ Грин РГ, Карлсон В.Е., Эванс КА (1941). «Авитаминоз лис, вызванный кормлением рыбой». Журнал питания . 21 (3): 243–256. doi :10.1093/jn/21.3.243.
  21. ^ Рамос Дж. Дж., Марка С., Лосте А., Гарсия де Халон Х. А., Фернандес А., Кубель Т. (февраль 2003 г.). «Биохимические изменения у внешне нормальных овец из стад, пораженных полиоэнцефаломаляцией». Коммуникации по ветеринарным исследованиям . 27 (2): 111–24. дои : 10.1023/А: 1022807119539. PMID  12718505. S2CID  20679160.
  22. ^ Evans WC (1975). «Тиаминазы и их воздействие на животных». Витамины и гормоны . 33 : 467–504. doi :10.1016/S0083-6729(08)60970-X. ISBN 978-0-12-709833-3. PMID  779253.
  23. ^ Fisher JP, Brown SB, Wooster GW, Bowser PR (декабрь 1998 г.). «Уровни тиамина в материнской крови, яйцах и личинках коррелируют с выживаемостью личинок у атлантического лосося, не имеющего выхода к морю». Журнал питания . 128 (12): 2456–66. doi :10.1093/jn/128.12.2456 (неактивен 2024-09-12). PMID  9868194.{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2024 г. ( ссылка )
  24. ^ Adamolekun B, Adamolekun WE, Sonibare AD, Sofowora G (март 1994 г.). «Двойное слепое плацебо-контролируемое исследование эффективности гидрохлорида тиамина при сезонной атаксии у нигерийцев». Neurology . 44 (3 Pt 1): 549–51. doi :10.1212/wnl.44.3_part_1.549. PMID  8145931. S2CID  42463444.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Тиаминаза&oldid=1245328401"