Triptofan sintaza

Triptofan sintaza
}
Identifikatori
EC broj	4.2.1.20
CAS broj	9014-52-2
Baze podataka
IntEnz	IntEnz pregled
BRENDA	BRENDA unos
ExPASy	NiceZyme pregled
KEGG	KEGG unos
MetaCyc	metabolički put
PRIAM	profil
PDB strukture	RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum
Ontologija gena	AmiGO / QuickGO
Pretraga PMC članci PubMed članci NCBI proteini

Triptofan sintaza ili triptofan sintetaza je enzim koji katalizira dva finalna koraka u biosintezi triptofana.^[1] Nađena je kod Eubacteria,^[2] Archaebacteria,^[3] Protista,^[4] Fungi,^[5] i biljaka.^[6] Međutim, nema je kod životinja.^[7][8][9]

Triptofan sintaza nalazi se obično u obliku α2β2 tetramera. Podjedinica α katalizira reverzibilno formiranje indola i gliceraldehid-3-fosfata (G3P) iz indol-3-glicerol fosfata (IGP). Podjedinica β katalizira nepovratnu kondenzaciju indola i serina kada se formira triptofan i piridoksal fosfat (PLP), zavisno od reakcije. Svako alfa aktivno mjesto povezano je sa β aktivnim mjestom dugim 25 angstrema u vidu hidrofobnog kanala koji sadrži enzim. To olakšava širenje formiranog indola na α aktivna mesta direktno na beta aktivna mesta u procesu poznatom kao kanalisanje supstrata.^[10] Aktivno mjesto triptofan sintaze je alosterno upareno.^[11]

Struktura

Podjedinice: Triptofan sintaze obično postoji kao α-ββ-α kompleks. Podjedinice α i β imaju molarne mase od 27, odnosno 43 kDa. Podjedinica α ima konformaciju TIM barel (TIM-bure), a β ima konformaciju nabora tipa II i vezanje uz aktivno mjesto za monovalentne katione.^[12] Njihovo okupljanje u kompleks dovodi do strukturnih promjena u obje podjedinice što rezultira recipročnom aktivacijom. Postoje dva glavna mehanizma za međupodjediničnu komunikaciju. Prvo, u interakciju ulaze COMM domen β-podjedinice i α-petlja2 α-podjedinice. Osim toga, postoji interakcija između αGly181 i βSer178 ostataka.^[13] The active sites are regulated allosterically and undergo transitions between open, inactive, and closed, active, states.^[11]

Indol-3-glicerol-vežuže mjesto: Vidi sliku 1.

Indol i serin-vežuće mjesto: Vidi sliku 1.

Hidrofobni kanal: Aktivna mjesta α i β odvojena su hidrofobnim kanalom dužine 25 angstrema, koji sadrži enzim koji omogućava širenje indola. Ako kanal ne postoji, indol formiran pri α aktivnom mjestu bi brzo difundirao dalje i izgubio se u ćeliji jer je hidrofoban i lahko prolazi kroz membrane. Kao takav, kanal je od suštinskog značaja za funkciju enzimskog kompleksa.^[14]

Slika2: Predloženi mehanizam djelovanja triptofan sintaze

Mehanizam djelovanja

Reakcija α podjedinice: Podjedinica α katalizira formiranje indola i G3P, putem retro-aldolnog cijepanja IGP. Pritom se za αGlu49 i αAsp60 smatra da su direktno uključeni u katalizu kao što je gore prikazano.^[10] Stopa ograničavajućeg koraka određena je je izomerizacijom IGP.^[15] Vidi sliku 2.

Reakcija β podjedinice: Podjedinica β katalizira reakciju β-premještanja, u kojem se indol i serin kondenziraju i formiraju triptofan u reakciji nastanka PLP. Za βLys87, βGlu109 i βSer377 smatra se da su direktno uključeni u katalizu kao što je prikazano.^[10] Ponovo, tačan mehanizam nije konačno utvrđen. Vidi sliku 2! Neto reakcija: Vidi sliku 3.

Slika 3: Reakcija koju katalizira trptofan sintaza

Slika 1: Aktivna mjesta za α i β podjedinicu sa prikazanim hupotetskim katalitskim ostacima

Biološka funkcija

Triptofan sintaza nalazi se obično u Eubakteria, Archaebacteria, Protista, gljiva i biljaka. Nema je kodd životinja, kao što su ljudi. Triptofan je jedna od standardnih aminokiselina, od ukupno dvadeset i jedne od devet esencijalnih aminokiselina za ljude. Kao takav, triptofan je neophodna komponenta ljudske ishrane.

Medicinski značaj

Budući da ljudi nemaju triptofan sintaze, ovaj enzim je istraživan kao potencijalna meta lijekova.^[16] Međutim, smatra se da bakterije imaju alternativne mehanizme za proizvodnju aminokiselina koje mogu učiniti ovaj pristup manje efikasnim. U svakom slučaju, čak i ako lijek samo slabi bakterije, može i dalje biti koristan za sprečavanje bakterija kada su već ugrožene u neprijateljskom okruženju domaćina. Kao takva, inhibicija putem triptofan sintaze zajedno sa ostalim PLP-enzimima u metabolizmu aminokiselina ima potencijal da pomogne u rješavanju zdravstvenih problema.^[17]

Inhibicija triptofan syntaze i ostalih enzima PLP grupe u metabolizmu aminokiselina, ukazuje na mogućnost liječenja bolesti kao što su: tuberkuloza^[16];

• očne i genitalne infekcije^[18];
• kriptosporidioza^[16];

Pored toga, triptofan sintaza može poslužiti kao preventivno sredstvo protiv korova, odnosno

• herbicid.^[19]

Evolucija

Smatra se da je u ranoj u evoluciji došlo do duplikacije gena trpB2. Jedna kopija ušla je u TRP operon kao trpB2i omogućavajući njegovo ispoljavanje sa trpA. TrpB2i formira prolazni kompleks sa TrpA i u procesu neusmjereno aktiviranog TrpA . Drugi primjerak je ostje van kao trpB2o i ispunjava postojeću ulogu ili ima novu, kao što djeluje u spašavanju proteina za indol. TrpB2i evoluirao je u TrpB1, koji formira stalni kompleksa sa trpA rezultirajući u dvosmjernoj aktivaciji. Prednost indolskog spašavanje proteina opada i TrpB gen je izgubljen. Konačno, TrpB1 i TrpA geni su spojeni, što rezultira u formiranju dvofunkcionalnog enzima.^[20]

Historijski značaj

Triptofan sintaza bila je prvi od enzima za koje se utvrdilo da imaju dvije katalitske sposobnosti koje su intenzivno proučavane. To je ujedno bio i prvi identifikovni enzim koji koristi supstratno kanalisanje. Kao takav, ovaj enzim je intenzivno proučavan i predmet je od velikog interesa^[10]

Također pogledajte

• Sintaza
• Lijaza

Reference

1. Dunn MF, Niks D, Ngo H, Barends TR, Schlichting I (2008). "Tryptophan synthase: the workings of a channeling nanomachine". Trends in Biochemical Sciences. 33 (6): 254–64. doi:10.1016/j.tibs.2008.04.008. PMID 18486479.
2. Jablonski P, Jablonski L, Pintado O, Sriranganathan N, Howde C (1996). "Tryptophan synthase: Identification of Pasteurella multocida tryptophan synthase B-subunit by antisera against strain PI059". Microbiology. 142: 115–21. doi:10.1099/13500872-142-1-115. PMID 8581158.
3. Lazcano A, Diaz-Villgomez E, Mills T, Oro J (1995). "On the levels of enzymatic substrate specificity: Implications for the early evolution of metabolic pathways". Advances in Space Research. 15 (3): 345–56. doi:10.1016/S0273-1177(99)80106-9. PMID 11539248.
4. Anderson I, Watkins R, Samuelson J, Spencer D, Majoros W, Grey M, Loftus B (august 2005). "Gene Discovery in the Acanthamoeba castellanii Genome". Protist. 156 (2): 203–14. doi:10.1016/j.protis.2005.04.001. PMID 16171187.
5. ,Ireland C, Peekhaus N, Lu P, Sangari R, Zhang A, Masurekar P, An Z (april 2008). "The tryptophan synthetase gene TRP1 of Nodulisporium sp.: molecular characterization and its relation to nodulisporic acid A production". Appl Microbiol Biotechnol. 79 (3): 451–9. doi:10.1007/s00253-008-1440-3. PMID 18389234.
6. Sanjaya, Hsiao PY, Su RC, Ko SS, Tong CG, Yang RY, Chan MT (2008). "Overexpression of Arabidopsis thaliana tryptophan synthase beta 1 (AtTSB1) in Arabidopsis and tomato confers tolerance to cadmium stress". Plant Cell Environ. 31 (8): 1074–85. doi:10.1111/j.1365-3040.2008.01819.x. PMID 18419734.
7. Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Eds. (2005). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB) Sarajevo. ISBN 9958-9344-1-8.
8. Alberts B.; et al. (2002). Molecular Biology of the Cell, 4th Ed. Garland Science. ISBN 0-8153-4072-9. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)
9. Eckert SC, Kubler E, Hoffmann B, Braus GH (juni 2000). "The tryptophan synthase-encoding trpB gene of Aspergillus nidulans is regulated by the cross-pathway control system". Mol Gen Genet. 263 (5): 867–76. doi:10.1007/s004380000250. PMID 10905354.
10. Raboni S, Bettati S, Mozzarelli A (april 2009). "Tryptophan synthase: a mine for enzymologists". Cell Mol Life Sci. 66 (14): 2391–403. doi:10.1007/s00018-009-0028-0. PMID 19387555.
11. Fatmi MQ, Ai R, Chang CA (septembar 2009). "Synergistic regulation and ligand-induced conformational changes of tryptophan synthase". Biochemistry. 48 (41): 9921–31. doi:10.1021/bi901358j. PMID 19764814.
12. Grishin NV, Phillips MA, Goldsmith EJ (juli 1995). "Modeling of the spatial structure of ornithine decarboxylases". Protein Sci. 4 (7): 1291–304. doi:10.1002/pro.5560040705. PMC 2143167. PMID 7670372.
13. Schneider TR, Gerhardt E, Lee M, Liang PH, Anderson KS, Schlichting I (april 1998). "Loop closure and intersubunit communication in tryptophan synthase". Biochemistry. 37 (16): 5394–406. doi:10.1021/bi9728957. PMID 9548921.
14. Huang X, Holden HM, Raushel FM (2001). "Channeling of Substrates and Intermediates in Enzyme-Catalyzes Reactions". Annu Rev Biochem. 70: 149–80. doi:10.1146/annurev.biochem.70.1.149. PMID 11395405. Referenca sadrži prazan nepoznati parametar: |month= (pomoć)
15. Anderson KS, Miles EW, Johnson KA (maj 1991). "Serine modulates substrate channeling in tryptophan synthase. A novel intersubunit triggering mechanism". J Biol Chem. 266 (13): 8020–33. PMID 1902468.
16. Chaudhary K, Roos DS (septembar 2005). "Protozoan genomics for drug discovery". Nat Biotechnol. 23 (9): 1089–91. doi:10.1038/nbt0905-1089. PMID 16151400.
17. Becker D, Selbach M, Rollenhagen C, Ballmaier M, Meyer TF, Mann M, Bumann D (2006). "Robust Salmonella metabolism limits possibilities for new antimicrobials". Nature. 440 (7082): 303–7. doi:10.1038/nature04616. PMID 16541065.
18. Caldwell HD, Wood H, Crance D, Baily R (juni 2003). "Polymorphisms in Chlamydia trachomatis tryptophan synthase genes differentiate between genital an ocular isolates". J Clin Invest. 111 (11): 1757–69. doi:10.1172/JCI17993. PMC 156111. PMID 12782678.
19. Kulik V, Hartmann E, Weyand M, Frey M, Gierl A, Niks D, Dunn MF, Schlichting I (septembar 2005). "On the structural basis of the catalytic mechanism and the regulation of the α-subunit of tryptophan synthase from Salmonella typhimurium and BXI from maize, two evolutionarily related enzymes". J Mol Biol. 352 (3): 608–20. doi:10.1016/j.jmb.2005.07.014. PMID 16120446.
20. Leopoldseder S, Hettwer S, Sterner R (novembar 2006). "Evolution of Multi-Enzyme Complexes: The Case of Tryptophan Synthase". Biochemistry. 45 (47): 14111–9. doi:10.1021/bi061684b. PMID 17115706.

Vanjski linkovi