Fosforybozylotransferaza Orotate - Orotate phosphoribosyltransferase

Fosforybozylotransferaza orotanu
2PSI - fosforybozylotransferaza orotanu związana z substratami - S cerevisiae.png
Fosforybozylotransferaza S. cerevisiae orotate związana ze swoimi substratami. Z pliku PDB 2PS1.
Identyfikatory
Numer WE 2.4.2.10
numer CAS 9030-25-5
Bazy danych
IntEnz Widok IntEnz
BRENDA Wpis BRENDA
ExPASy Widok NiceZyme
KEGG Wpis KEGG
MetaCyc szlak metaboliczny
PRIAM profil
Struktury PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontologia genów AmiGO / QuickGO

Orotanowej ( OPRTase ) lub fosforybozylotransferazy kwas orotowy jest enzym zaangażowany w pirymidyny biosyntezy . Katalizuje tworzenie się 5'-monofosforanu orotydyny (OMP) z orotanu i pirofosforanu fosforybozylu . U drożdży i bakterii fosforybozylotransferaza orotanu jest niezależnym enzymem z unikalnym genem kodującym białko, podczas gdy u ssaków i innych organizmów wielokomórkowych funkcję katalityczną pełni domena dwufunkcyjnego enzymu syntazy UMP (UMPS).

Tło biologiczne

Reakcja katalizowana przez fosforybozylotransferazę orotanu z substratem PRPP kwasu orotowego do orotydylanu.

Ponieważ OPRTaza jest częścią dwufunkcyjnej złożonej syntazy UMP u ludzi, funkcja i stabilność tego enzymu niekoniecznie jest bezpośrednio związana z zaburzeniami w organizmie człowieka. Jednakże rozsądne jest przypuszczenie, że dysfunkcja jednego z enzymów spowoduje dysfunkcję całego enzymu. Defekty syntazy UMP są związane z niedokrwistością hipochromiczną. U ssaków ten dwufunkcyjny enzym UMPS przekształca kwas orotowy w monofosforan urydyny (UMP). Fosforybozylotransferaza orotanu znajduje się w N-końcowej domenie syntazy UMP . Proces ten zachodzi w wielu etapach z fosforybozylotransferazą orotanu odpowiedzialną za pierwszy etap dodawania pierścienia rybozy do orotanu . Na tym etapie kwas orotowy przekształca się w orotydylan przy użyciu PRPP ( pirofosforanu fosforybozylu ) jako kosubstratu. Ta reakcja jest napędzana przez hydrolizę od pirofosforanu . Dekarboksylaza orotydylanu znajduje się na C-końcowej domenie UMPS i przekształca ten orotydylan jako związek pośredni w monofosforan urydyny (określany również jako urydylan lub UMP) poprzez dekarboksylację . U ssaków te dwa kroki są szybkie i nieodwracalne. W przypadku innych auksotrofów pirymidynowych , które nie mają tego dwufunkcyjnego enzymu, zwykle mniej złożonych organizmów, do przeprowadzenia tej reakcji wymagane są dwa oddzielne enzymy. Zarówno orotidylate i uridylate są głównymi pirymidyny nukleotydów , a uridylate jest prekursorem RNA. Urydylan (UMP) jest później przekształcany do UDP poprzez fosforylację przez kinazę UMP i ATP, a następnie nukleozydowa kinaza difosforanowa odwracalnie fosforyluje UDP do UTP . UTP można następnie aminowany z katalizą przez cytydyny trifosforan syntetazy się z CTP .

Mechanizm enzymatyczny

Reakcja kwasu orotowego (orotanu) do orotydylatu jest katalizowana przez fosforybozylotransferazę orotanu z kofaktorem PRPP , który jest kofaktorem powszechnie stosowanym do syntezy nukleotydów . Bardzo korzystnie przenosi grupy pirofosforylowe z ΔG -8,3 + 0,5 kcal / mol. Dwie główne interakcje przyciągają PRPP, aby wspomóc orotan fosforybozylotransferazy w tej reakcji. Po pierwsze, fosforybozylotransferaza orotanu ma reszty kwasu asparaginowego - kwasu asparaginowego obok motywu wiążącego PRPP, które oddziałują z grupami rybozylo 2- / 3-hydroksylowymi, które stabilizują ruch węgla-1 związanej grupy rybozylowej. Stabilizacja zachodzi poprzez sieć wiązań wodorowych tych grup hydroksylowych z pirofosforanem , wodą i magnezem. Po drugie, łańcuchy boczne C-końca motywu wiążącego PRPP oddziałują korzystnie z 5-fosforanem PRPP .

Ogólna struktura fosforybozylotransferazy orotanu z kwasem orotowym, magnezem i PRPP w kieszeni miejsca aktywnego.

W B. subtilis PRPP jest związany z tych dwóch miejsc o K d wynoszącą 33 mm. Gdy obecny jest orotan , powinowactwo wiązania pirofosforanu jest zwiększone czterokrotnie, a reakcja podlega kinetyce wyrzutu , z szybkim transferem fosforybozylu, a następnie powolnym uwalnianiem produktów. Uważa się, że to powolne uwalnianie jest spowodowane eksponowaną na rozpuszczalnik pętlą fosforybozylotransferazy orotanu, która chroni miejsce aktywne podczas pierwszego etapu. Otwarcie pętli odbywa się dwuetapowo, a dysocjacja PRPP jest niekorzystna i powolna, ponieważ pętla zamyka się w 85% przypadków.

Trzy kluczowe nukleozydy pirymidynowe obejmują urydynę , cytydynę i tymidynę , które odgrywają główną rolę w biosyntezie kwasów nukleinowych, a także w metabolizmie węglowodanów i lipidów. Pirymidyny phosphoribosyltransferases takie jak orotanowej aktywacji ich substratów tworzących Ś N- 1 -podobnych stan przejściowy, ułatwiając migrację regionu węgla rybozyl anomerowej MgPP ı . Podobnie jak inne pirymidynowe fosforybozylotransferazy, fosforybozylotransferaza orotanu ma elastyczną pętlę, która przesuwa się do pozycji grup w idealnych pozycjach do katalizy . Wykorzystują również wiele cząsteczek wody, aby utrzymać wszystko na miejscu podczas reakcji.

Struktura enzymu

Struktura krystaliczna OPRTase została kilkakrotnie rozwiązana przez różne grupy naukowe. U bakterii cała struktura jest dimerem złożonym z dwóch podjednostek, z których każda składa się z siedmiu helis α i dziesięciu nici β, o masie cząsteczkowej 23919,13 Da. Fosforybozylotransferaza orotanu ma rdzeń i elastyczną pętlę, która po zamknięciu zapobiega przedostawaniu się rozpuszczalnika podczas reakcji. W innych organizmach, takich jak ssaki, owady i śluzowce, jest jedną z domen syntazy UMP , a drugą jest dekarboksylaza orotydylanu . N-koniec ma parę antyrównoległych nici, z resztami, które oddziałują ze związanym orotanem i Lys 26, który rozciąga się do miejsca aktywnego i tworzy wiązanie z elastyczną pętlą w jej zamkniętej postaci. Kwas orotowy i PRPP są stabilizowane w miejscu aktywnym głównie przez wiązania wodorowe z oddziaływaniami stabilizującymi od Lys 26, Phe 34 i Phe 35 do kwasu orotowego , a także Thr 128, Ala 129, Gly 130, Ala 132, Asp 124, Lys 26 i Lys 73 do PRPP . Kiedy Lys 26 jest zmutowany, fosforybozylotransferaza orotanu często wykazuje zmniejszoną aktywność i specyficzność.

Miejsce aktywne fosforybozylotransferazy orotanu związanej z kwasem orotowym i PRPP w Salmonella typhimurium. Przedstawiono reszty stabilizujące, w tym Lys 26, Phe 34 i Phe 35, które stabilizują kwas orotowy, a także Thr 128, Ala 129, Gly 130, Ala 132, Asp 124, Lys 26 i Lys 73.

Znaczenie choroby

Wady fosforybozylotransferazy orotanu są powiązane z wieloma schorzeniami. Wady orotan domeny fosforybozylotransferazę z UMPS powodować orotowy kwasicę u ludzi, który jest rzadko dziedziczna choroba metaboliczna wynikające z problemów z pirymidyny metabolizmu. Może prowadzić do niedokrwistości megaloblastycznej i krystalurii kwasu orotowego, co wiąże się z upośledzeniem fizycznym i umysłowym. Kwasurię orotową po raz pierwszy odnotowano w 1959 r., Kiedy w moczu niemowlęcia wykryto nadmiar kwasu orotowego . Kiedy osobnicy mają mutację prowadzącą do utraty aktywności fosforybozylotransferazy orotanu, a tym samym do produkcji UTP , kwas orotowy gromadzi się i może osiągać nawet 1,5 g / dzień w moczu niemowlęcia. Dzieje się tak, ponieważ UTP jest normalnym produktem końcowym u zdrowych osób na szlaku syntezy pirymidyny i normalnie reguluje ten szlak. Nagromadzenie kwasu orotowego może prowadzić do osadu w nerkach i ostatecznie do niewydolności nerek. Podobnie u bydła rasy holsztyńskiej niedobór UMPS jest spowodowany zaburzeniem autosomalnym, które prowadzi do śmierci potomstwa we wczesnym zarodku .

Fosforybozylotransferaza orotanu jest również głównym enzymem biorącym udział w konwersji 5-flurouracylu do 5-F-UMP poprzez fosforybozylację. Niektóre badania naukowe wykazały, że fosforybozylotransferaza orotanu może potencjalnie odgrywać rolę w prognostyce raka. Na przykład w jednym badaniu stwierdzono, że stosunek ekspresji genów fosforybozylotransferazy orotanu do dehydrogenazy dihydropirymidynowej wpływa na rokowanie u pacjentów z przerzutowym rakiem jelita grubego po chemioterapii opartej na fluropirymidynach . Uważa się, że 5-F-UMP staje się samobójczym inhibitorem syntetazy tymidylanowej i odgrywa ważną rolę w hamowaniu wzrostu guza. Podczas leczenia pacjentów z rakiem jelita grubego po resekcji i odbytnicy doustnym 5-flurouracylem, pacjenci z wysokim poziomem fosforybozylotransferazy orotanu mieli znacznie lepsze wyniki przeżycia. Podobnie potencjał prognostyczny oparty na poziomach i aktywności fosforybozylotransferazy orotanu jest powiązany z rakiem pęcherza moczowego i rakiem żołądka .

Zobacz też

Bibliografia