Dekarboksylaza orotydyno-5'-fosforanowa - Orotidine 5'-phosphate decarboxylase
| Dekarboksylaza orotydyno-5'-fosforanowa | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Dekarboksylaza E. coli OMP.
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| Nr WE | 4.1.1.23 | ||||||||
| Nr CAS | 9024-62-8 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Dekarboksylaza orotydyno-5'- fosforanowa ( dekarboksylaza OMP ) lub dekarboksylaza orotydylanowa jest enzymem biorącym udział w biosyntezie pirymidyny . To katalizuje reakcję dekarboksylacji z orotydyno monofosforanu (OMP) z wytworzeniem monofosforanu urydyny (UMP). Funkcja tego enzymu jest niezbędna do biosyntezy de novo z pirymidyną nukleotydów urydyno-trifosforanu , cytydyny trifosforanu i tymidyny trifosforanu . Dekarboksylaza OMP była częstym celem badań naukowych ze względu na jej ekstremalną skuteczność katalityczną i jej użyteczność jako markera selekcyjnego w inżynierii szczepów drożdży .
Kataliza
Dekarboksylazy OMP jest znana jako niezwykle wydajny katalizator zdolny do przyspieszania szybkości reakcji katalizowanej przez współczynnik 10 17 . Aby to zobrazować, niekatalizowana reakcja, której przekształcenie połowy reagentów w produkty zajęłoby 78 milionów lat, jest przyspieszana do 18 milisekund, gdy jest katalizowana przez dekarboksylazę OMP. Ta ekstremalna wydajność enzymatyczna jest szczególnie interesująca, ponieważ dekarboksylazy OMP nie wykorzystują kofaktora i nie zawierają miejsc metalowych ani grup protetycznych. Kataliza opiera się na kilku naładowanych reszt aminokwasowych umieszczonych w miejscu aktywnym enzymu.
Dokładny mechanizm, za pomocą którego dekarboksylaza OMP katalizuje swoją reakcję, był przedmiotem rygorystycznych badań naukowych. Siła napędowa utraty grupy karboksylowej połączonej z C6 pierścienia pirymidynowego pochodzi z bliskiego sąsiedztwa grupy karboksylowej reszty asparaginianowej w miejscu aktywnym enzymu, co destabilizuje stan podstawowy w stosunku do stanu przejściowego niekatalizowanej reakcji. Istnieje wiele hipotez dotyczących tego, jaką formę przyjmuje stan przejściowy, zanim nastąpi protonowanie węgla C6 w celu uzyskania produktu końcowego. W wielu badaniach badano wiązanie silnego inhibitora dekarboksylazy OMP, 6-hydroksyurydynomonofosforanu (BMP, pochodna kwasu barbiturowego ), w miejscu aktywnym, aby zidentyfikować, które niezbędne reszty aminokwasowe są bezpośrednio zaangażowane w stabilizację stanu przejściowego. (Patrz rysunek enzymu związanego z BMP) Zaproponowano kilka mechanizmów enzymatycznej dekarboksylacji OMP, w tym protonowanie przy O2 w celu utworzenia związku dwubiegunowego jako związku pośredniego, stabilizację anionową O4 lub atak nukleofilowy przy C5. Obecny konsensus sugeruje, że mechanizm przebiega przez ustabilizowany karboanion na C6 po utracie dwutlenku węgla. Mechanizm ten został zasugerowany na podstawie badań badających kinetyczne efekty izotopowe w połączeniu z kompetycyjnym hamowaniem i mutagenezą miejsca aktywnego. W tym mechanizmie krótko żyjący rodzaj karboanionu jest stabilizowany przez pobliską resztę lizyny, zanim zostanie wygaszony przez proton. (Patrz schemat mechanizmu katalitycznego) Pośrednictwo wysoce zasadowego karboanionu winylu nie korzystającego ze stabilizacji elektronowej jest rzadkie w układzie enzymatycznym i ogólnie w układach biologicznych. Co godne uwagi, mikrośrodowisko enzymatyczne pomaga znacznie stabilizować karboanion. P K aH enzymu związana karbanionowej pośredni mierzy się mniej niż lub równe do 22 oparty na badaniach wymiany deuteru. Jeszcze bardzo zasadowy, odpowiednia P K aH Wolnego karbanionowej pośredni szacowana jest znacznie wyższa, około 30-34 (na podstawie pomiarów analogiczny 1,3-dimetylo uracyl ), co prowadzi do wniosku, że enzym stabilizuje karboanion o co najmniej 14 kcal/mol.
Vs Syntaza UMP
W drożdżach i bakteriach dekarboksylaza OMP jest enzymem jednofunkcyjnym. Jednak u ssaków dekarboksylaza OMP jest częścią pojedynczego białka o dwóch aktywnościach katalitycznych. Ten dwufunkcyjny enzym nazywa się syntazą UMP i katalizuje również poprzednią reakcję w biosyntezie nukleotydów pirymidynowych, przeniesienie rybozy-5-fosforanu z 5-fosforybozylo-1-pirofosforanu do orotanu z wytworzeniem OMP. W organizmach wykorzystujących dekarboksylazę OMP reakcja ta jest katalizowana przez fosforybozylotransferazę orotanową .
Znaczenie w genetyce drożdży
Mutacje w genie kodującym dekarboksylazę OMP w drożdżach ( URA3 ) prowadzą do auksotrofii w uracylu. Ponadto funkcja dekarboksylazy OMP sprawia, że szczepy drożdży są wrażliwe na cząsteczkę kwasu 5-fluoroorotowego (5-FOA). Ustalenie genu URA3 jako markera selekcyjnego w strategiach selekcji zarówno pozytywnej, jak i negatywnej sprawiło, że kontrolowana ekspresja dekarboksylazy OMP stała się istotnym narzędziem laboratoryjnym do badania genetyki drożdży.
