Mutaza Chorismate - Chorismate mutase
| Mutaza Chorismate | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktura krystaliczna mutazy chorismate z wiązaniem analogowym stanu przejściowego
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| Nr WE | 5.4.99.5 | ||||||||
| Nr CAS | 9068-30-8 | ||||||||
| Bazy danych | |||||||||
| IntEnz | Widok IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Wpis BRENDY | ||||||||
| ExPASy | Widok NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Wpis KEGG | ||||||||
| MetaCyc | szlak metaboliczny | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| Struktury WPB | RCSB PDB PDBe Suma PDB | ||||||||
| Ontologia genów | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
W enzymologii , chorismate mutase ( EC 5.4.99.5 ) jest enzymem , który katalizuje się reakcję chemiczną przez konwersję chorismate do prephenate na szlaku do wytwarzania fenyloalaniny i tyrozyny , znany również jako szikimiano szlaku. W związku z tym enzym ten ma jeden substrat – chorysmat i jeden produkt – prefenat . Mutaza chorismate znajduje się w punkcie rozgałęzienia szlaku. Enzym kieruje substrat, chorymat do biosyntezy tyrozyny i fenyloalaniny oraz z dala od tryptofanu . Jego rola w utrzymaniu równowagi tych aromatycznych aminokwasów w komórce jest kluczowa. Jest to jedyny znany przykład naturalnie występującego enzymu katalizującego reakcję okołocykliczną . Mutaza Chorismate występuje tylko w grzybach, bakteriach i roślinach wyższych. Niektóre odmiany tego białka mogą wykorzystywać morfeeinowy model regulacji allosterycznej .
Rodzina białek
Enzym ten należy do rodziny izomeraz , w szczególności transferaz wewnątrzcząsteczkowych, które przenoszą grupy funkcyjne. Systematyczna nazwa tej klasy enzymów jest chorismate pyruvatemutase . Mutaza chorismatu, znana również jako syntaza hydroksyfenylopirogronianu , uczestniczy w biosyntezie fenyloalaniny, tyrozyny i tryptofanu. Struktury mutaz chorismate różnią się w różnych organizmach, ale większość należy do rodziny AroQ i charakteryzuje się splecionym homodimerem składającym się z podjednostek 3-helikalnych. Większość mutaz chorismate w tej rodzinie wygląda podobnie do Escherichia coli . Na przykład, struktura drugorzędowa mutazy chorismate drożdży jest bardzo podobna do struktury E. coli . Mutaza choryminianowa z rodziny AroQ występuje częściej w naturze i jest szeroko rozpowszechniona wśród prokariontów. Dla optymalnego funkcjonowania zwykle musi im towarzyszyć inny enzym, taki jak dehydrogenaza prefanatu. Te mutazy chorismate są typowymi enzymami bifunkcyjnymi, co oznacza, że zawierają dwie zdolności katalityczne w tym samym łańcuchu polipeptydowym. Jednak mutaza chorismate organizmów eukariotycznych jest częściej monofunkcyjna. Istnieją organizmy takie jak Bacillus subtilis, których mutaza chorismate ma zupełnie inną budowę i jest jednofunkcyjna. Enzymy te należą do rodziny AroH i charakteryzują się trimeryczną topologią baryłkową α/β.
Mechanizm katalizy
Konwersja chorismatu do prefenatu jest pierwszym krokiem na drodze do produkcji aromatycznych aminokwasów : tyrozyny i fenyloalaniny. Obecność mutazy chorismate zwiększa szybkość reakcji milion razy. W przypadku braku katalizy enzymatycznej mechanizm ten przebiega jako etap uzgodniony, ale asynchroniczny i jest procesem egzergicznym . Mechanizmem tej transformacji jest formalnie przegrupowanie Claisena , poparte danymi kinetycznymi i izotopowymi przedstawionymi przez Knowlesa i in.
E. coli i mutaza chorismatu drożdżowego mają ograniczoną homologię sekwencji, ale ich miejsca aktywne zawierają podobne reszty. Miejsce aktywne mutazy chorismate drożdży zawiera Arg16, Arg157, Thr242, Glu246, Glu198, Asn194 i Lys168. Miejsce aktywne E. coli zawiera te same reszty, z wyjątkiem wymienionych wymian: Asp48 na Asn194, Gln88 na Glu248 i Ser84 na Thr242. W miejscu aktywnym enzymu oddziaływania między tymi specyficznymi resztami a substratem ograniczają konformacyjne stopnie swobody, tak że entropia aktywacji jest skutecznie redukowana do zera, a tym samym sprzyja katalizie. W rezultacie nie ma formalnego związku pośredniego, ale raczej pseudo-dwuosiowy stan przejściowy podobny do krzesła . Dowodem na tę konformację jest odwrotny drugorzędowy efekt izotopu kinetycznego na węglu bezpośrednio przyłączonym do grupy hydroksylowej. Ten pozornie niekorzystny układ uzyskuje się poprzez szereg oddziaływań elektrostatycznych, które obracają wydłużony łańcuch chorismatu do konformacji wymaganej dla tego zgodnego mechanizmu.
Dodatkowym czynnikiem stabilizującym w tym kompleksie enzym-substrat jest wiązanie wodorowe pomiędzy wolną parą tlenu w układzie eteru winylowego i resztami donora wiązania wodorowego. To nie tylko stabilizuje kompleks, ale zakłócenie rezonansu w eterze winylowym destabilizuje stan podstawowy i zmniejsza barierę energetyczną dla tej transformacji. Alternatywny pogląd jest taki, że elektrostatyczna stabilizacja spolaryzowanego stanu przejściowego ma duże znaczenie w tej reakcji. W miejscu aktywnym mutazy chorismate analog stanu przejściowego jest stabilizowany przez 12 oddziaływań elektrostatycznych i wiązań wodorowych. Wykazano to w mutantach natywnego enzymu, w których Arg90 zastąpiono cytruliną, aby zademonstrować znaczenie wiązania wodorowego w stabilizacji stanu przejściowego. Inne prace wykorzystujące mutazę chorismate z Bacillus subtilis wykazały, że gdy kation został odpowiednio umieszczony w miejscu aktywnym, interakcje elektrostatyczne między nim a ujemnie naładowanym stanem przejściowym sprzyjały katalizie.
Przeprowadzono dodatkowe badania w celu potwierdzenia znaczenia konformera bliskiego ataku (NAC) w reakcji katalizowanej przez mutazę chorismate. Ten NAC jest reaktywną konformacją stanu podstawowego, która jest bezpośrednio przekształcana w stan przejściowy w enzymie. Stosując metody integracji termodynamicznej (TI), obliczono standardowe energie swobodne (ΔG N ° ) dla tworzenia NAC w sześciu różnych środowiskach. Uzyskane dane sugerują, że efektywna kataliza pochodzi ze stabilizacji zarówno stanu NAC, jak i stanu przejściowego. Jednak inne dowody eksperymentalne potwierdzają, że obserwowany efekt NAC jest po prostu wynikiem stabilizacji elektrostatycznego stanu przejściowego.
Ogólnie rzecz biorąc, przeprowadzono obszerne badania dotyczące dokładnego mechanizmu tej reakcji. Jednak względny udział ograniczenia konformacyjnego elastycznego podłoża, specyficznego wiązania wodorowego do stanu przejściowego i oddziaływań elektrostatycznych do obserwowanego zwiększenia szybkości jest nadal przedmiotem dyskusji.
Uwagi
- ^ Dimethylallyltryptophan syntazy zaproponowano katalizować przegrupowania Cope , ale nie został jeszcze sprawdzony ostatecznie
