WikiDer > Малатдегидрогеназа (оксалоацетат-декарбоксилирование) (НАДФ +) - Википедия

Malate dehydrogenase (oxaloacetate-decarboxylating) (NADP+) - Wikipedia
НАДФ-яблочный фермент
Идентификаторы
Номер ЕС1.1.1.40
Количество CAS9028-47-1
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Малатдегидрогеназа (оксалоацетат-декарбоксилирование) (НАДФ+) (ЕС 1.1.1.40) или НАДФ-яблочный фермент (НАДФ-ME) является фермент который катализирует в химическая реакция в присутствии иона двухвалентного металла:[1]

(S) -малат + НАДФ+ пируват + CO2 + НАДФН

Таким образом, два субстраты этого фермента (S) -малат и НАДФ+, а его 3 товары находятся пируват, CO2, и НАДФН. Малат окисленный пируват и CO2, и НАДФ+ сводится к НАДФН.

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктазы, а именно те, которые действуют на группу донора CH-OH с NAD+ или НАДФ+ как акцептор. В систематическое название этого класса ферментов (S) -малат: НАДФ+ оксидоредуктаза (оксалоацетат-декарбоксилирование). Этот фермент участвует в метаболизм пирувата и фиксация углерода. НАДФ-яблочный фермент является одним из трех ферментов декарбоксилирования, используемых в механизмах концентрирования неорганического углерода в C4 и CAM растения. Остальные НАД-яблочный фермент и Карбоксикиназа ПЭП.[2][3] Хотя часто преобладает одна из трех фотосинтетических декарбоксилаз, также показано, что существует одновременное действие всех трех.[4]

ChemDraw генерировал химическую реакцию NADP-ME, детализирующую вовлеченные химические структуры.

Структура фермента

Кристаллическая структура гомологичного яблочного фермента человека выделяет ключевые остатки, участвующие в связывании субстрата и катализе. Сайт II содержит мотив GLGDLG, сайт V содержит другой мотив GXGXXG, выделенный остаток аргинина взаимодействует с обоими НАДФ+ и малат, и выделенный лизин, возможно, участвует в катализе оснований. Идентификатор файла PDB для изображения - 2aw5.

На основе кристаллография данные гомологичный НАДФ-зависимые яблочные ферменты млекопитающего происхождения, 3D-модель для C4 путь НАДФ-МЕ в растениях был разработан, идентифицируя ключевые остатки, участвующие в связывании субстрата или катализе. Динуклеотид связывание включает два глицин-богатые мотивы GXGXXG, гидрофобный бороздка, включающая по крайней мере шесть аминокислотных остатков и отрицательно заряженный остаток на конце βB-цепи.[5][6] В первичная последовательность первого мотива, 240GLGDLG245, является консенсусным маркером связывания фосфата, что свидетельствует об участии в связывании NADP, в то время как другой мотив, богатый глицином, принимает классический Россманн фолд- также типичный маркер для НАДФ кофактор привязка.[7] Мутагенез эксперименты с кукурузой NADP-ME подтвердили текущую модель.[1] Валин замена глицина в любой области мотива делает фермент полностью неактивным, в то время как спектральный анализ не показывает серьезных изменений по сравнению с формой дикого типа. Данные свидетельствуют о прямом нарушении ключевого остатка, участвующего в связывании или катализе, а не о междоменном остатке, влияющем на конформационную стабильность. Дополнительно ключ аргинин остаток в сайте 237 взаимодействует как с малат и НАДФ+ подложки, образующие ключевые благоприятные электростатический взаимодействия с отрицательно заряженной карбоновой кислотой и фосфатной группой соответственно. Выяснение того, играет ли остаток роль в связывании субстрата или позиционировании субстрата для катализа, еще предстоит определить.[8] Лизин остаток 255 был задействован как каталитический основание на реактивность ферментов; тем не менее, необходимы дальнейшие исследования, чтобы окончательно установить его биохимическую роль.[1]

Структурные исследования

По состоянию на 2007 год, 3 структуры были решены для этого класса ферментов, с PDB коды доступа 1GQ2, 1GZ4, и 2AW5.[нужна цитата]

Биологическая функция

В более широком контексте яблочные ферменты обнаруживаются в широком диапазоне эукариотический организмы, от грибов до млекопитающих и не только, локализуются в ряде субклеточных локаций, включая цитозоль, митохондрии, и хлоропласт. C4 НАДФ-МЭ, в частности, находится в растениях, локализованных в связка ножен хлоропласты.[1]

Во время C4 фотосинтез, эволюционировавший путь увеличения локализованного CO2 концентрации под угрозой усиления фотодыхание, CO2 захвачен в мезофилл ячейки, фиксированные как оксалоацетат, превращается в малат и высвобождается внутри клеток оболочки пучка для непосредственного питания RuBisCO Мероприятия.[9] Этот выпуск фиксированной CO2, вызванное благоприятным декарбоксилированием малата в пируват, опосредуется НАДФ-зависимым яблочным ферментом. Фактически, значение активности NADP-ME в CO2 о сохранении свидетельствует исследование, проведенное с трансгенными растениями, демонстрирующими мутацию потери функции NADP-ME. Растения с мутация испытали 40% активности НАДФ-МЭ дикого типа и достигли значительного снижения CO2 поглощение даже при высоком межклеточном уровне CO2, что свидетельствует о биологическом значении NADP-ME в регуляции углерода поток навстречу Цикл Кальвина.[10][11]

Ферментативная регуляция

НАДП-МЭ выражение было показано, что регулируется абиотический факторы стресса. За CAM заводы, засушливые условия вызывают стома оставаться закрытым, чтобы избежать потери воды эвапотранспирация, что, к сожалению, приводит к CO2 голодание. В качестве компенсации закрытая стома активирует трансляцию NADP-ME для усиления высокой эффективности CO.2 ассимиляции в короткие промежутки времени CO2 потребление, с учетом фиксация углерода продолжить.

В дополнение к регуляции в более длительном масштабе времени посредством контроля экспрессии, регуляция в краткосрочном масштабе может происходить посредством аллостерический механизмы. C4 Было показано, что NADP-ME частично ингибируется его субстрат, малат, что предполагает два независимых сайта связывания: один в активном сайте и один в аллостерическом сайте. Однако ингибирующий эффект проявляется pH-зависимость - существует при pH 7, но не при pH 8. Контроль фермент активность из-за изменений pH согласуется с гипотезой о том, что НАДФ-МЭ наиболее активен, когда фотосинтез в процессе: активные световые реакции приводят к повышению основности в хлоропласт строма, расположение НАДП-МЭ, что приводит к уменьшению тормозящий влияние малата на NADP-ME и, таким образом, способствует более активному состоянию. И наоборот, замедление световых реакций приводит к увеличению кислотность внутри стромы, способствуя ингибированию НАДФ-МЭ малатом. Поскольку высокоэнергетические продукты легкие реакции, НАДФН и АТФ, необходимы для Цикл Кальвина чтобы продолжить, накопление CO2 без них бесполезно, объясняя необходимость регулирующего механизма.[12]

Этот белок может использовать морфеин модель аллостерическая регуляция.[13]

Эволюция

НАДФ-яблочный фермент, как и все другие C4 декарбоксилазы, не эволюционировали de novo для CO2 объединение в помощь RuBisCO.[14] Напротив, NADP-ME был напрямую преобразован из C3 виды в фотосинтез, и даже более раннее происхождение от древнего цистолического предок. в цитозоль, фермент существовал как серия домашних изоформы предназначен для различных функций, включая поддержание уровня малата во время гипоксия, микроспора разделение и возбудитель защита. Что касается механизма эволюции, то C4 считается, что функциональность возникла из-за ошибки дублирования генов как внутри промоутер регионы, запускающие чрезмерное выражение в клетках пучка-оболочки и в кодирующей области, генерируя неофункционализация.[15] Выбор для CO2 Функция сохранения, а также улучшенное использование воды и азота в стрессовых условиях были сформированы естественным давлением.[16]

Смотрите также

  • ME1 (человеческий ген)

Рекомендации

  1. ^ а б c d Детарсио Э., Уилер М.К., Кампос Бермудес В.А., Андрео К.С., Дринкович М.Ф. (апрель 2003 г.). «НАДФ-яблочный фермент кукурузы C4. Экспрессия в Escherichia coli и характеристика сайт-направленных мутантов в предполагаемых сайтах связывания нуклеозидов». Журнал биологической химии. 278 (16): 13757–64. Дои:10.1074 / jbc.M212530200. PMID 12562758.
  2. ^ Канаи, Рюзи; Эдвардс, Джеральд Э. (1999). "Биохимия C4 Фотосинтез ». В Sage, Rowan F .; Монсон, Рассел К. (ред.). C4 Биология растений. Академическая пресса. С. 49–87. ISBN 978-0-08-052839-7.
  3. ^ Кристофер Дж. Т., Холтум Дж. (Сентябрь 1996 г.). "Паттерны разделения углерода в листьях видов крассулоподобного кислотного метаболизма во время раскисления". Физиология растений. 112 (1): 393–399. Дои:10.1104 / стр.112.1.393. ЧВК 157961. PMID 12226397.
  4. ^ Фурумото Т., Хата С., Изуи К. (октябрь 1999 г.). «Клонирование кДНК и характеристика фосфоенолпируваткарбоксикиназы кукурузы, фермента, специфичного для клеток оболочки пучка». Молекулярная биология растений. 41 (3): 301–11. Дои:10.1023 / А: 1006317120460. PMID 10598098. S2CID 8302572.
  5. ^ Россман, Майкл Г .; Лиляс, Андерс; Брандин, Карл-Ивар; Банасзак, Леонард Дж. (1975). «Эволюционные и структурные отношения между дегидрогеназами». В Boyer, Пол Д. (ред.). Ферменты. 11. С. 61–102. Дои:10.1016 / S1874-6047 (08) 60210-3. ISBN 978-0-12-122711-1.
  6. ^ Bellamacina CR (сентябрь 1996 г.). «Никотинамид-динуклеотид-связывающий мотив: сравнение нуклеотид-связывающих белков». Журнал FASEB. 10 (11): 1257–69. Дои:10.1096 / fasebj.10.11.8836039. PMID 8836039.
  7. ^ Ротермель Б.А., Нельсон Т. (ноябрь 1989 г.). «Первичная структура НАДФ-зависимого яблочного фермента кукурузы». Журнал биологической химии. 264 (33): 19587–92. PMID 2584183.
  8. ^ Коулман, Дэвид Э .; Рао, Г. С. Джаганнатха; Goldsmith, E.J .; Кук, Пол Ф .; Харрис, Бен Г. (июнь 2002 г.). «Кристаллическая структура яблочного фермента из Ascaris suum В комплексе с никотинамид-адениндинуклеотидом с разрешением 2,3 Å ». Биохимия. 41 (22): 6928–38. Дои:10.1021 / bi0255120. PMID 12033925.
  9. ^ Эдвардс Г.Е., Франчески В.Р., Вознесенская Е.В. (2004). «Одноклеточный C (4) фотосинтез против двухклеточной (Кранца) парадигмы». Ежегодный обзор биологии растений. 55: 173–96. Дои:10.1146 / annurev.arplant.55.031903.141725. PMID 15377218.
  10. ^ Pengelly JJ, Tan J, Furbank RT, von Caemmerer S (октябрь 2012 г.). «Антисмысловое снижение NADP-яблочного фермента в Flaveria bidentis снижает поток CO2 через цикл C4». Физиология растений. 160 (2): 1070–80. Дои:10.1104 / стр.112.203240. ЧВК 3461530. PMID 22846191.
  11. ^ Ратнам С.К. (январь 1979 г.). «Метаболическая регуляция потока углерода во время фотосинтеза C4: II. Доказательства in situ рефиксации фотодыхательного CO2 с помощью C 4 фосфоенолпируваткарбоксилазы». Planta. 145 (1): 13–23. Дои:10.1007 / BF00379923. PMID 24317560. S2CID 22462853.
  12. ^ Сайго М., Тронкони М.А., Джеррард Уиллер М.С., Альварес С.Е., Дринкович М.Ф., Андрео К.С. (ноябрь 2013 г.). «Биохимические подходы к изучению эволюции фотосинтеза С4: на примере декарбоксилаз яблочных ферментов». Фотосинтез Исследования. 117 (1–3): 177–87. Дои:10.1007 / s11120-013-9879-1. PMID 23832612. S2CID 17803651.
  13. ^ Селвуд Т., Джаффе Е.К. (март 2012 г.). «Динамические диссоциирующие гомоолигомеры и контроль функции белка». Архивы биохимии и биофизики. 519 (2): 131–43. Дои:10.1016 / j.abb.2011.11.020. ЧВК 3298769. PMID 22182754.
  14. ^ Майер А., Целль МБ, Маурино В.Г. (май 2011 г.). «Малат декарбоксилазы: эволюция и роль изоформ NAD (P) -ME у видов, осуществляющих фотосинтез C (4) и C (3)». Журнал экспериментальной ботаники. 62 (9): 3061–9. Дои:10.1093 / jxb / err024. PMID 21459769.
  15. ^ Монсон, Рассел К. (май 2003 г.). «Дупликация генов, неофункционализация и эволюция фотосинтеза C4». Международный журнал наук о растениях. 164 (S3): S43 – S54. Дои:10.1086/368400. S2CID 84685191. ИНИСТ:14976375.
  16. ^ Дринкович М.Ф., Касати П., Андрео К.С. (февраль 2001 г.). «НАДФ-яблочный фермент из растений: широко распространенный фермент, участвующий в различных метаболических путях». Письма FEBS. 490 (1–2): 1–6. Дои:10.1016 / S0014-5793 (00) 02331-0. PMID 11172800. S2CID 31317255.

дальнейшее чтение