Riješene su kristalne strukture i za Meth-zavisni i za kob-zavisni, s malo sličnosti u cjelokupnoj strukturi uprkos identičnoj neto reakciji koju obavljaju oba i sličnosti unutar mjesta vezanja, kao što je Hcy vezujuće mjesto.[10]MetH ovisan o Cob podijeljen je u četiri odvojena domena: Aktivacija, kobalamin-vezujući domen (Cob domen), homocisteinsko vezivanje (Hcy domen) i N5-metilTHF vezivanje (MeTHF domen). Aktivaciona domena je mjesto interakcije sa metionin-sintaznom reduktazom i vezuje SAM koje se koristi kao dio ciklusa reaktivacije enzima. Cob domen sadrži Cob u sendviču između nekoliko velikih alfa-heliksa i vezan za enzim, tako da je atom kobalta iz grupe izložen kontaktu sa drugim domenima. Hcy domen sadrži kritično mjesto vezivanjacinka, koje se sastoji od ostataka cisteina ili histidina, koordiniranih sa ionom cinka koji može vezati Hcy, s primjerom iz MetH koji nije zavisan od Cob, prikazan na desnoj strani. N5-MeTHF vezujući domen sadrži konzervirani barel u kojem se N5-MeTHF može vezati putem vodika sa ostacima asparagina, arginina i asparaginske kiseline. Cijela struktura prolazi kroz dramatično ljuljanje tokom kataliza, dok se Cob domen pomiče naprijed-nazad od Hcy domena u Fol domen, prenoseći aktivnu metilnu grupu iz Fol u Hcy domen.[11]
Glavna funkcija metionin-sintaze je regeneracija Met u ciklusu S-adenozil metionina, koji u jednom prometu troši Met i ATP i stvara Hcy. Ovaj ciklus je kritičan jer se S-adenozil metionin uveliko koristi u biologiji kao izvor aktivne metil-grupe, pa tako metionin-sintaza služi esencijalnoj funkciji omogućavajući SAM ciklusu da traje bez stalnog priliva Met. Na ovaj način, metionin-sintaza služi i za održavanje niskih nivoa Hcy i, pošto je jedan od rijetkih enzima koji koriste N5-MeTHF kao supstrat, za indirektno održavanje nivoa THF.
U biljkama i mikroorganizmima, metioninsintaza služi dvostrukoj svrsi i održava SAM ciklus i katalizira završni sintetski korak u sintezi Met de novo. Iako je reakcija potpuno ista za oba procesa, ukupna funkcija razlikuje se od metionin
-sintaze kod ljudi jer je Met esencijalna aminokiselina koja se ne sintetizira de novo u tijelu.[12]
Metionin-sintaza katalizira završni korak u regeneraciji metionina (Met) iz homocisteina (Hcy). Ukupna reakcija transformiras 5-metiltetrahidrofolat (N5-MeTHF) u tetrahidrofolat (THF), dok prenosi metil-grupu u homocistein da bi se formirao metionin. Metionin-sintaza je jedini enzim sisara koji metabolizira N5-MeTHF, kako bi regenerirao aktivni kofaktor THF. Kod oblika enzima zavisnih od kobalamina, reakcija se odvija u dva koraka u ping-pong reakciji. Enzim se inicijalno dovodi u reaktivno stanje transferom metilne grupe sa N5-MeTHF na Co(I) u enzimski vezani kobalamin (Cob), formirajući metil-kobalamin (Me-Cob) koji sada sadrži Me-Co(III) i aktivira enzim. Zatim, Hcy, koji je koordinirao za enzim vezan cink da bi formirao reaktivni tiolat, reaguje sa Me-Cob. Aktivirana metilna grupa se prenosi sa Me-Cob na Hcy tiolat, koji regeneriše Co(I) u cob, a Met se oslobađa iz enzima. Mehanizam neovisan o Cobu slijedi isti opći put, ali s direktnom reakcijom između cink-tiolata i N5-MeTHF.[13][14]
Mehanizam enzima zavisi od konstantne regeneracije Co(I) u klipu, ali to nije uvek zagarantovano. Umjesto toga, svakih 1–2000 katalitičkih obrta, Co(I) može biti oksidiran u Co(II), što bi trajno ugasilo katalitičku aktivnost. Zaseban protein, metionin-sintazna reduktaza, katalizira regeneraciju Co(I) i obnavljanje enzimske aktivnosti. Budući da oksidacija cob-Co(I) neizbježno isključuje aktivnost metionin-sintaze zavisnu od Cob-a, defekti ili nedostaci metionin-sintazne reduktaze uključeni su u neke od asociranih bolesti za nedostatak metionin-sintaze o kojima se raspravlja u nastavku. Dva enzima formiraju mrežu čistača koja se vidi dolje lijevo.[15]
Mutacije u genu MTR identificirane su kao osnovni uzrok nedostatka metilkobalaminu komplementarne grupe G ili nedostatka metilkobalamina cblG tipa.[5] Nedostatak ili deregulacija enzima zbog manjka metionin-sintazne reduktaze može direktno rezultirati kod povišenih nivoa homocisteina (hiperhomocisteinemija), što je povezano sa sljepoćom, neurološkim simptomima i urođenim defektima. Većina slučajeva nedostatka metionin-sintaze je simptomska u roku od dvije godine od rođenja sa mnogim pacijentima koji brzo razvijaju tešku encefalopatiju.[16] Jedna od posljedica smanjene aktivnosti metionin-sintaze koja se može mjeriti rutinskim kliničkim testovima krvi je megaloblastna anemija.
^ abZydowsky, T. M. (1986). "Stereochemical analysis of the methyl transfer catalyzed by cobalamin-dependent methionine synthase from Escherichia coli B". Journal of the American Chemical Society. 108 (11): 3152–3153. doi:10.1021/ja00271a081.
^Zhang Z, Tian C, Zhou S, Wang W, Guo Y, Xia J, Liu Z, Wang B, Wang X, Golding BT, Griff RJ, Du Y, Liu J (decembar 2012). "Mechanism-based design, synthesis and biological studies of N⁵-substituted tetrahydrofolate analogs as inhibitors of cobalamin-dependent methionine synthase and potential anticancer agents". European Journal of Medicinal Chemistry. 58: 228–36. doi:10.1016/j.ejmech.2012.09.027. PMID23124219.
^Matthews, R. G.; Smith, A. E.; Zhou, Z. S.; Taurog, R. E.; Bandarian, V.; Evans, J. C.; Ludwig, M. (2003). "Cobalamin-Dependent and Cobalamin-Independent Methionine Synthases: Are There Two Solutions to the Same Chemical Problem?". Helvetica Chimica Acta. 86 (12): 3939. doi:10.1002/hlca.200390329.
^Wolthers KR, Scrutton NS (juni 2007). "Protein interactions in the human methionine synthase-methionine synthase reductase complex and implications for the mechanism of enzyme reactivation". Biochemistry. 46 (23): 6696–709. doi:10.1021/bi700339v. PMID17477549.
^Outteryck O, de Sèze J, Stojkovic T, Cuisset JM, Dobbelaere D, Delalande S, Lacour A, Cabaret M, Lepoutre AC, Deramecourt V, Zéphir H, Fowler B, Vermersch P (juli 2012). "Methionine synthase deficiency: a rare cause of adult-onset leukoencephalopathy". Neurology. 79 (4): 386–8. doi:10.1212/WNL.0b013e318260451b. PMID22786600. S2CID207121496.
Garovic-Kocic V, Rosenblatt DS (august 1992). "Methionine auxotrophy in inborn errors of cobalamin metabolism". Clinical and Investigative Medicine. 15 (4): 395–400. PMID1516297.
O'Connor DL, Moriarty P, Picciano MF (1992). "The impact of iron deficiency on the flux of folates within the mammary gland". International Journal for Vitamin and Nutrition Research. Internationale Zeitschrift für Vitamin- und Ernährungsforschung. Journal International de Vitaminologie et de Nutrition. 62 (2): 173–80. PMID1517041.
Everman BW, Koblin DD (mart 1992). "Aging, chronic administration of ethanol, and acute exposure to nitrous oxide: effects on vitamin B12 and folate status in rats". Mechanisms of Ageing and Development. 62 (3): 229–43. doi:10.1016/0047-6374(92)90109-Q. PMID1583909. S2CID11766691.
Vassiliadis A, Rosenblatt DS, Cooper BA, Bergeron JJ (august 1991). "Lysosomal cobalamin accumulation in fibroblasts from a patient with an inborn error of cobalamin metabolism (cblF complementation group): visualization by electron microscope radioautography". Experimental Cell Research. 195 (2): 295–302. doi:10.1016/0014-4827(91)90376-6. PMID2070814.
Salomon O, Rosenberg N, Zivelin A, Steinberg DM, Kornbrot N, Dardik R, Inbal A, Seligsohn U (2002). "Methionine synthase A2756G and methylenetetrahydrofolate reductase A1298C polymorphisms are not risk factors for idiopathic venous thromboembolism". The Hematology Journal. 2 (1): 38–41. doi:10.1038/sj.thj.6200078. PMID11920232.