N-Ацетилглутаматсинтаза

N-Ацетилглутаматсинтаза
Обозначения
Символы NAGS
Entrez Gene 162417
HGNC 17996
OMIM 608300
RefSeq NM_153006
UniProt Q8N159
Другие данные
Шифр КФ 2.3.1.1
Локус 17-я хр. , 17q21.31
Логотип Викиданных Информация в Викиданных ?

N-Ацетилглутаматсинтаза (англ. N-Acetylglutamate synthase, сокр. NAGS) — фермент (КФ 2.3.1.1) из семейства ацилтрансфераз (класс трансферазы), катализирующий реакцию переноса ацетильной группы (CH3-CO-) от молекулы ацетил-CoA на молекулу субстрата — глутамата, по уравнению:

ацетил-CoA + глутамат → CoA-SH + N-ацетилглутамат.

Продуктами реакции соответственно являются кофермент А и N-ацетилглутамат (NAG).

N-ацетилглутамат (NAG) может быть использован в синтезе двух важных аминокислот — орнитина и аргинина или выступать аллостерическим кофактором для карбамоилфосфатсинтетазы I (CPS1). У млекопитающих фермент локализован в митохондриальном матриксе, клетках печени (гепатоцитах) и кишечника (энтероцитах)[1].

У человека ген, кодирующий данный фермент — NAGS, локализован на 17-й хромосоме.

Биологические функции

[править | править код]
Общая схема реакции синтеза молекулы N-ацетилглутамата (NAG), с участием N-ацетилглутаматсинтазы (NAGS).

Большинство прокариот (бактерий) и низшие эукариоты (грибы, зелёные водоросли, растения и т.д.) продуцируют N-ацетилглутамат (NAG), посредством орнитин-ацетилтрансферазы (ОАТ), которая является частью орнитинового цикла. В некоторых растениях и бактериях, однако, NAG катализирует первую ступень в „линейном“ пути синтеза аргинина[2].

Белковые последовательности NAGS между прокариотами, низших эукариот и высших эукариот показали замечательное отсутствие сходства. Идентичность последовательности между прокариотических и эукариотических NAGS в основном составляет <30 %[3], в то время как идентичность последовательности между низшими и высшими эукариотами составляет ~20 %[4].

Ферментативная активность NAGS модулируется L-аргинином, который действует как ингибитор в растительных и бактериальных формах фермента, но служит эффектором (активатором) у позвоночных[5][6]. Хотя роль аргинина в качестве ингибитора NAG в синтезе орнитина и аргинина хорошо известно, однако, есть некоторые противоречия относительно роли NAG в цикле мочевины. В настоящее время принята роль NAG у позвоночных, в котором он служит важным аллостерическим кофактором для CPS1 (действует в качестве основного регулятора потока цикла мочевины)[7][8]. В этой роли, регуляция обратной связи аргинином будет сигнализировать ферменту NAGS об избытке аммиака в клетке, который должен быть удалён посредством ускорения ферментативной функции NAGS. Как можно заметить, эволюционный путь NAGS из незаменимого (эссенциального) синтетического фермента до первичного регулятора цикла мочевины, ещё не полностью изучен[9].

Механизм катализа

[править | править код]
Упрощённый механизм катализа N-ацетилглутаматсинтазы (NAGS)

Для катализа N-ацетилтрансферазы было предложено два механизма: двухступенчатый, так называемый пинг-понг механизм, связанный с передачей соответствующих ацетильных групп к активированному остатку цистеина[10], и одноступенчатый механизм, посредством прямой атаки атомом азота аминогруппы по карбонильной группе[11]. Исследования, проведённые с использованием NAGS, полученных из гонококков (Neisseria gonorrhoeae) предполагают, что ферментный катализ протекает через описанный ранее одностадийный механизм[12]. В данном предположении, карбонильная группа ацетил-CoA подвергается атаки непосредственно атомом α-аминного азота (аминогруппы) глутамата. Этот механизм поддерживается активацией карбонильной группы через поляризацию водородной связи, а также в отсутствие подходящего цистеина в активном центре, в качестве промежуточного акцептора ацетильной группы[13][14].

Медицинское значение

[править | править код]

Инактивация NAGS приводит к дефициту N-ацетилглутаматсинтазы, одной из форм гипераммонемии[15]. В организмах многих позвоночных N-ацетилглутамат (NAG) является важным аллостерическим кофактором CPS1 — фермента, который катализирует первую ступень в цикле мочевины[16]. Без стимуляции NAG, CPS1 не может преобразовать аммиак в карбамоилфосфат, что приводит к накоплению токсичного аммиака для живых клеток[17]. Карбамоилглутамат показывает надежду на возможное лечение NAGS дефицита[15]. Вследствие структурного сходства между молекулами NAG и карбамоилглутамата, последний возможно использовать в качестве эффективного агониста карбамоилфосфатсинтетазы I (CPS1)[14].

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ MEIJER Alfred J., LOF Cor, RAMOS Ines C., VERHOEVEN Arthur J. Control of ureogenesis // European Journal of Biochemistry. — 1985. — Апрель (т. 148, № 1). — С. 189—196. — ISSN 0014-2956. — doi:10.1111/j.1432-1033.1985.tb08824.x. [исправить]
  2. ↑ Cunin R., Glansdorff N., Piérard A., Stalon V. Biosynthesis and metabolism of arginine in bacteria. (англ.) // Microbiological reviews. — 1986. — Vol. 50, no. 3. — P. 314—352. — PMID 3534538. [исправить]
  3. ↑ Yu Y. G., Turner G. E., Weiss R. L. Acetylglutamate synthase from Neurospora crassa: structure and regulation of expression. (англ.) // Molecular microbiology. — 1996. — Vol. 22, no. 3. — P. 545—554. — PMID 8939437. [исправить]
  4. ↑ Caldovic L., Ah Mew N., Shi D., Morizono H., Yudkoff M., Tuchman M. N-acetylglutamate synthase: structure, function and defects. (англ.) // Molecular genetics and metabolism. — 2010. — Vol. 100 Suppl 1. — P. 13—19. — doi:10.1016/j.ymgme.2010.02.018. — PMID 20303810. [исправить]
  5. ↑ Cybis J., Davis R. H. Organization and control in the arginine biosynthetic pathway of Neurospora. (англ.) // Journal of bacteriology. — 1975. — Vol. 123, no. 1. — P. 196—202. — PMID 166979. [исправить]
  6. ↑ Sonoda T., Tatibana M. Purification of N-acetyl-L-glutamate synthetase from rat liver mitochondria and substrate and activator specificity of the enzyme. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 1983. — Vol. 258, no. 16. — P. 9839—9844. — PMID 6885773. [исправить]
  7. ↑ Meijer A. J., Verhoeven A. J. N-acetylglutamate and urea synthesis. (англ.) // The Biochemical journal. — 1984. — Vol. 223, no. 2. — P. 559—560. — PMID 6497864. [исправить]
  8. ↑ Lund P., Wiggins D. Is N-acetylglutamate a short-term regulator of urea synthesis? (англ.) // The Biochemical journal. — 1984. — Vol. 218, no. 3. — P. 991—994. — PMID 6721845. [исправить]
  9. ↑ Caldovic L., Tuchman M. N-acetylglutamate and its changing role through evolution. (англ.) // The Biochemical journal. — 2003. — Vol. 372, no. Pt 2. — P. 279—290. — doi:10.1042/BJ20030002. — PMID 12633501. [исправить]
  10. ↑ Wong L. J., Wong S. S. Kinetic mechanism of the reaction catalyzed by nuclear histone acetyltransferase from calf thymus. (англ.) // Biochemistry. — 1983. — Vol. 22, no. 20. — P. 4637—4641. — PMID 6626521. [исправить]
  11. ↑ Dyda F., Klein D. C., Hickman A. B. GCN5-related N-acetyltransferases: a structural overview. (англ.) // Annual review of biophysics and biomolecular structure. — 2000. — Vol. 29. — P. 81—103. — doi:10.1146/annurev.biophys.29.1.81. — PMID 10940244. [исправить]
  12. ↑ Shi D., Sagar V., Jin Z., Yu X., Caldovic L., Morizono H., Allewell N. M., Tuchman M. The crystal structure of N-acetyl-L-glutamate synthase from Neisseria gonorrhoeae provides insights into mechanisms of catalysis and regulation. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 2008. — Vol. 283, no. 11. — P. 7176—7184. — doi:10.1074/jbc.M707678200. — PMID 18184660. [исправить]
  13. ↑ Min L., Jin Z., Caldovic L., Morizono H., Allewell N. M., Tuchman M., Shi D. Mechanism of allosteric inhibition of N-acetyl-L-glutamate synthase by L-arginine. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 2009. — Vol. 284, no. 8. — P. 4873—4880. — doi:10.1074/jbc.M805348200. — PMID 19095660. [исправить]
  14. ↑ 1 2 Morizono H., Caldovic L., Shi D., Tuchman M. Mammalian N-acetylglutamate synthase. (англ.) // Molecular genetics and metabolism. — 2004. — Vol. 81 Suppl 1. — P. 4—11. — doi:10.1016/j.ymgme.2003.10.017. — PMID 15050968. [исправить]
  15. ↑ 1 2 Caldovic L., Morizono H., Panglao M. G., Cheng S. F., Packman S., Tuchman M. Null mutations in the N-acetylglutamate synthase gene associated with acute neonatal disease and hyperammonemia. (англ.) // Human genetics. — 2003. — Vol. 112, no. 4. — P. 364—368. — doi:10.1007/s00439-003-0909-5. — PMID 12594532. [исправить]
  16. ↑ McCudden C. R., Powers-Lee S. G. Required allosteric effector site for N-acetylglutamate on carbamoyl-phosphate synthetase I. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 1996. — Vol. 271, no. 30. — P. 18285—18294. — PMID 8663466. [исправить]
  17. ↑ Caldovic L., Morizono H., Daikhin Y., Nissim I., McCarter R. J., Yudkoff M., Tuchman M. Restoration of ureagenesis in N-acetylglutamate synthase deficiency by N-carbamylglutamate. (англ.) // The Journal of pediatrics. — 2004. — Vol. 145, no. 4. — P. 552—554. — doi:10.1016/j.jpeds.2004.06.047. — PMID 15480384. [исправить]