Alanin rasemaz - Alanine racemase
| alanin rasemaz | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 1.45Å alanin rasemazın bir kristal yapısı Pseudomonas aeruginosa, PDB 1rcq | |||||||||
| Tanımlayıcılar | |||||||||
| EC numarası | 5.1.1.1 | ||||||||
| CAS numarası | 9024-06-0 | ||||||||
| Veritabanları | |||||||||
| IntEnz | IntEnz görünümü | ||||||||
| BRENDA | BRENDA girişi | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme görünümü | ||||||||
| KEGG | KEGG girişi | ||||||||
| MetaCyc | metabolik yol | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB yapılar | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Gen ontolojisi | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
| Ala_racemase_N | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1.45Å patojenik bir bakteriden alanin rasemazın bir kristal yapısı olan pseudomonas aeruginosa, hem iç hem de dış aldimin formlarını içerir | |||||||||
| Tanımlayıcılar | |||||||||
| Sembol | Ala_racemase_N | ||||||||
| Pfam | PF01168 | ||||||||
| Pfam klan | CL0036 | ||||||||
| InterPro | IPR001608 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00332 | ||||||||
| SCOP2 | 1 fit / Dürbün / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Ala_racemase_C | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tanımlayıcılar | |||||||||
| Sembol | Ala_racemase_C | ||||||||
| Pfam | PF00842 | ||||||||
| InterPro | IPR011079 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00332 | ||||||||
| SCOP2 | 1 fit / Dürbün / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
İçinde enzimoloji, bir alanin rasemaz (EC 5.1.1.1 ) bir enzim o katalizler Kimyasal reaksiyon
- L-alanin D-alanin
Dolayısıyla, bu enzimin bir substrat, L-alanin, ve bir ürün, D-alanin.
Bu enzim ailesine aittir. izomerazlar, özellikle bunlar rasemazlar ve epimerazlar üzerinde hareket etmek amino asitler ve türevler. sistematik isim bu enzim sınıfının alanin rasemaz. Bu enzime ayrıca L-alanin rasemaz. Bu enzim katılır alanin ve aspartat metabolizma ve D-alanin metabolizma. Birini kullanıyor kofaktör, piridoksal fosfat. En az iki bileşik, 3-Floro-D-alanin ve D-Sikloserin bilinmektedir bu enzimi inhibe et.
Alanin rasemaz tarafından üretilen D-alanin, peptidoglikan biyosentezi için kullanılır. Peptidoglikan, birçoğu insanlara zararlı olanlar da dahil olmak üzere tüm bakterilerin hücre duvarlarında bulunur. Enzim yüksek ökaryotlarda yoktur, ancak prokaryotlarda her yerde bulunur, bu da alanin rasemazı antimikrobiyal ilaç gelişimi için büyük bir hedef haline getirir.[1] Alanin rasemaz bazı omurgasızlarda bulunabilir.[2]
Bakteriler bir (alr geni) veya iki alanin rasemaz genine sahip olabilir. Alanin rasemaz için iki gene sahip bakteri türleri, biri sürekli olarak ifade edilen ve biri indüklenebilir olana sahiptir, bu da ilaç çalışmaları için her iki geni hedeflemeyi zorlaştırır. Bununla birlikte, nakavt çalışmaları, alr geni ifade edilmeden, bakterilerin hayatta kalmak için harici bir D-alanin kaynağına ihtiyaç duyacağını göstermiştir. Bu nedenle alr geni, antimikrobiyal ilaçlar için uygun bir hedeftir.[1]
Yapısal çalışmalar
D ve L alaninin karşılıklı dönüşümünü katalize etmek için, Alanin rasemaz, alaninin alfa karbonunun her iki tarafında protonları değiştirebilen kalıntıları konumlandırmalıdır. Enzim-inhibitör komplekslerinin yapısal çalışmaları, Tirozin 265 ve Lysine 39'un bu kalıntılar olduğunu ileri sürer. L-enantiyomerinin alfa protonu, Tyr265'e yöneliktir ve D-enantiyomerinin alfa protonu, Lys39'a yöneliktir (Şekil 1).
Enzim kalıntıları ile enantiyomerler arasındaki mesafe sırasıyla 3.5A ve 3.6A'dır.[3] Sıkı bir bağlanma inhibitörü olan sentetik bir L-alanin analoğu ile enzim komplekslerinin yapısal çalışmaları [4] ve propiyonatlı [5] ayrıca Tyr265 ve Lys39'un reaksiyon için katalitik bazlar olduğunu doğrulayın.[4][6]
PLP-L-Ala ve PLP-D-Ala kompleksleri neredeyse üst üste bindirilebilirdir.[3] Örtüşmeyen bölgeler, PLP'nin piridin halkasına ve alaninin alfa karbonuna bağlanan kollardır. PLP-Ala'nın 5'fosfopiridoksil bölgesine hem fosfat oksijen hem de piridin nitrojen atomları arasındaki bir etkileşim muhtemelen enzime sıkı bağlanma yaratır.[3]
Alanin rasemazın yapısı Bacillus stearothermophilus (Geobacillus stearothermophilus) tarafından belirlendi X-ışını kristalografisi 1,9 A çözünürlüğe kadar[6] Alanin rasemaz monomer iki alandan, N ucunda sekiz sarmallı bir alfa / beta varilden ve esasen beta sarmalından oluşan bir C-uç biriminden oluşur. İki alan yapısının bir modeli Şekil 2'de gösterilmektedir. N-terminal alanı da PROSC (prolin sentetaz birlikte yazılan bakteriyel homolog) alanin rasemaz aktivitesine sahip olduğu bilinmeyen protein ailesi. piridoksal 5'-fosfat (PLP) kofaktör alfa / beta namlunun ağzının içinde ve üstünde yer alır ve kovalent olarak aldimin bağı ile bir lizin alfa / beta varilinin ilk beta zincirinin C terminalinde bulunan kalıntı.
Önerilen Mekanizma
Reaksiyon mekanizmalarının deneyle tam olarak kanıtlanması zordur. Bir alanin rasemaz reaksiyonuna atfedilen geleneksel mekanizma, PLP ile stabilize edilmiş bir karbanyon ara ürününe sahip iki bazlı bir mekanizma mekanizmasıdır. PLP, bir elektron yatağı olarak kullanılır, alfa karbonun deprotonasyonundan kaynaklanan negatif yükü stabilize eder. İki bazlı mekanizma, tek bazlı mekanizmaya kıyasla reaksiyon özgüllüğünü destekler. İkinci katalitik kalıntı, bir karbaniyonik ara ürün oluşturulduktan sonra hızlı bir şekilde bir proton bağışlamak üzere önceden konumlandırılır ve böylece alternatif reaksiyonların meydana gelme olasılığını azaltır. Bu geleneksel mekanizma ile Watanabe ve diğerleri tarafından tanımlanan iki potansiyel çatışma vardır. İlk olarak Arg219, PLP'nin piridin azotu ile bir hidrojen bağı oluşturur.[6] Arginin grubu, yaklaşık 12.6'lık bir pKa'ya sahiptir ve bu nedenle, piridini protonlama olasılığı düşüktür. Normal olarak PLP reaksiyonlarında, bir karboksilik asit grubu gibi bir asidik amino asit kalıntısı, yaklaşık 5 pKa ile piridin halkasını protonlar.[7] Piridin nitrojeninin protonlanması, nitrojenin ek negatif yükü kabul etmesine izin verir. Bu nedenle, Arg219 nedeniyle, PLP ile stabilize edilmiş karbanyon ara ürününün oluşma olasılığı daha düşüktür. Tanımlanan başka bir sorun, Lys39 ve Tyr265'i L-alanin için protonlanmış ve protonsuz formlarına geri döndürmek için başka bir temel kalıntının ve D-alanin için tam tersi ihtiyacıydı. Watanabe vd. PLP-Ala'nın karboksilat grubu dışında, Lys veya Tyr'yi protonlamak veya protonsuzlaştırmak için yeterince yakın (4.5A içinde) hiçbir amino asit kalıntısı veya su molekülü bulamadı. Bu, Şekil 3'te gösterilmiştir.[3]
N- (5'-fosfopiridoksil) L-alaninin (PKP-L-Ala (ve N- (5'-fosfopiridoksil) D-alanin (PLP-D-Ala) kristal yapılarına dayanmaktadır.
Watanabe vd. Şekil 4'te görüldüğü gibi 2002'de alternatif bir mekanizma önerdi. Bu mekanizmada PLP-Ala'nın karboksilat oksijen atomları, Lys39 ve Tyr265 arasında proton transferine aracılık ederek doğrudan katalize katılır. Kristalizasyon yapısı, PLP-L-Ala'nın Tyr265'in OH'sine karboksilat oksijeninin sadece 3.6A olduğunu ve PLP-L-Ala'nın Lys39 nitrojenine karboksilat oksijeninin sadece 3.5A olduğunu belirledi. Bu nedenle, her ikisi de bir reaksiyona neden olacak kadar yakındı.
Bu mekanizma Arg219 mutasyonları tarafından desteklenmektedir. Arg219'u bir karboksilata dönüştüren mutasyonlar, kinonoid ara maddesinin tespit edilmesine neden olurken arginin ile hiçbiri tespit edilmedi.[8] Arginin ara ürünü, asidik tortu mutantlarından çok daha fazla serbest enerjiye sahiptir, daha kararsızdır.[7] Ara ürünün kararsızlaşması, reaksiyonun özgüllüğünü arttırır.[8][9]
Referanslar
- ^ a b Milligan Daniel L .; et al. (2007). "Mycobacterium smegmatis'in Alanin Rasemazı D-Alanin Eksikliğinde Büyüme İçin Önemlidir". Bakteriyoloji Dergisi. 189 (22): 8381–8386. doi:10.1128 / jb.01201-07. PMC 2168708. PMID 17827284.
- ^ Abe, H; Yoshikawa, N; Sarower, M. G .; Okada, S (2005). "Su hayvanlarında serbest D-alaninin fizyolojik işlevi ve metabolizması". Biyoloji ve İlaç Bülteni. 28 (9): 1571–7. doi:10.1248 / bpb.28.1571. PMID 16141518.
- ^ a b c d Watanabe, A., Yoshimura, T., Mikami, B., Hayashi, H., Kagamiyama, H., Esaki, N. (2002) Reaction Mechanism of Alanine Racemase from Bacillus stearothermophilus: X-ray crystalographic study of the enzim bound - (5'-phosphopyridoxyl) alanine Journal of Biological Chemistry 277, 19166-19172 içinde.
- ^ a b Stamper, G. F., Morollo, A. A. ve Ringe, D. (1998) Biyokimya 37,10438 –10445
- ^ Morollo, A. A., Petsko, G. A. ve Ringe, D. (1999) Biyokimya 38, 3293–3301
- ^ a b c Shaw, J. P., Petsko, G.A. ve Ringe, D. (1997) 1.9-A Resolution Biochemistry 36, 1329-1342'de Bacillus stearothermophilus'tan Alanin rasemaz Yapısının Belirlenmesi
- ^ a b Toney, Michael D. (2004) Piridoksal fosfat enzimlerinde reaksiyon özgüllüğü, Biyokimya Arşivleri ve Biyofizik 433, 279-287.
- ^ a b Sun S., Toney, M.D. (1998) Alanin Rasemaz Biyokimyasının Arginin-219 Mutantlarından Tirozin-265'i İçeren İki Bazlı Bir Mekanizmanın Kanıtı 38, 4058-4065
- ^ Rubinstein, A., Major, D.T. (2010) Arginine 210 Mutant Biochemistry 49, 3957-3963'ün Kuantum Mekanik Moleküler Mekanik Simülasyonlarından Alanin Rasemazda Katalitik Özgüllüğü Anlamak.
daha fazla okuma
- MARR AG, WILSON PW (1954). "Brucella abortus'un alanin rasemazı". Arch. Biochem. Biophys. 49 (2): 424–33. doi:10.1016/0003-9861(54)90211-8. PMID 13159289.
- Ahşap WA (1955). "Amino asit rasemazlar". Yöntemler Enzymol. Enzimolojide Yöntemler. 2: 212–217. doi:10.1016 / S0076-6879 (55) 02189-7. ISBN 9780121818029.
- AHŞAP WA, GÜNSALUS IC (1951). "D-Alanin oluşumu; Streptococcus faecalis'te bir rasemaz". J. Biol. Kimya. 190 (1): 403–16. PMID 14841188.
