Русская Википедия:АЛК-синтаза
АЛК-синтаза, также синтаза аминолевулиновой кислоты (англ. ALA synthase, ALAS) — фермент (КФ 2.3.1.37), из класса трансфераз, встречается у нерастительных организмов (животных и α-протеобактерий) и катализирует реакцию синтеза δ-аминолевулиновой кислоты из глицина и сукцинил-КоА, путём их конденсации:
- сукцинил-КоА + глицин <math>\rightleftharpoons</math> δ-аминолевулиновая кислота + КоА + CO2.
В качестве кофермента используется молекула пиридоксаль-5'-фосфат (PLP).
Реакцию, которую он катализирует, иногда называют шеминовым путём образования АЛК[1]. Другие организмы (растения и бактерии) продуцируют АЛК с помощью трёх ферментативных путей, известных как С5-пути. Аминолевулиновая кислота служит одним из важнейших промежуточных метаболитов в синтезе тетрапирролов — порфиринов (у животных) и корринов (у бактерий) и хлорофиллов (у растений)[2].
У человека транскрипция AЛК-синтазы строго контролируются присутствием Fe2+-связывающих элементов (IRE), чтобы предотвратить накопление промежуточных соединений порфирина в отсутствие железа. В организме существуют две формы АЛК-синтазы. Одна форма экспрессируется в клетках-предшественниках эритроцитов (ALAS2, эритроцитарная), тогда как другая (ALAS1, убиквитарная), экспрессируется во всех тканях и органах тела. Эритроцитарная форма фермента (ALAS2) кодируется одноимённым геном, который локализован на X-хромосоме, тогда как убиквитарная форма (ALAS1) кодируется геном, расположенным на 3-ей хромосоме. Матричные РНК обеих форм имеют сходство на 60 %.
Структура
PLP-зависимые ферменты широко распространены, поскольку они необходимы для превращения аминокислот в другие метаболиты[2]. ALAS представляет собой гомодимер с субъединицами аналогичного размера, а активные центры состоят из боковых цепей аминокислот, таких как аргинин, треонин и лизин, существуют на границе раздела субъединиц[2]. Белок, извлечённый из R. spheroids, содержит 1600 фолдов и весит около 80 000 дальтон[3]. Ферментативная активность различается в зависимости от источников фермента[3].
Механизм катализа
В активных центрах АЛК-синтаз используются три ключевые боковые цепи аминокислот: Arg-85, Thr-430 и Lys-313. Хотя было установлено, что эти три аминокислоты позволяют протекать этой реакции, но аминокислотная триада была бы неактивны без добавления кофермента пиридоксаль-5'-фосфата (PLP), роль которого в данном синтезе подробно показана на изображении ниже. Прежде чем реакция может начаться, кофермент PLP связывается с боковой цепью лизина, образуя основание Шиффа, которое способствует атаке глициновым субстратом[4][5][6][7]. Лизин действует как общее основание во время этого механизма[2][8]. В подробном механизме реакции добавленные ионы гидроксония происходят из различных остатков, которые образуют водородные связи для облегчения синтеза АЛК[2]. АЛК-синтаза удаляет карбоксильную группу из глицина и КоА из сукцинил-КоА с помощью своего кофермента пиридоксальфосфата (производного витамина В6), образуя δ-аминолевулиновую кислоту (дАЛК), названную так потому, что аминогруппа находится на четвёртом атоме углерода в молекуле. Этот механизм реакции особенно уникален по сравнению с другими ферментами, которые используют кофактор PLP, потому что глицин изначально депротонируется высококонсервативным лизином в активном центре, что приводит к конденсации с сукцинил-КоА и потере КоА. Протонирование карбонильной группы интермедиата (промежуточного соединения) гистидином в активном центре приводит к потере карбоксильной группы. Последнее промежуточное соединение (интермедиат), наконец, репротонируется с образованием АЛК. Диссоциация АЛК от фермента является лимитирующей стадией ферментативной реакции и, как было показано, зависит от медленного конформационного изменения фермента. Функция пиридоксальфосфата заключается в облегчении удаления водорода за счёт использования электрофильного пиридиниевого кольца в качестве «поглотителя» электронов.
Локализация этого фермента в биологических системах указывает на обратную связь, которую он может получать. АЛК-синтаза обнаружена в бактериях, дрожжах, печени птиц и млекопитающих, клетках крови и костном мозге. Локализация этого фермента в клетках животных находится в митохондриях. Поскольку фермент, по-видимому, расположен рядом с источником сукцинил-КоА, а конец пути гема указывает на то, что начальная и конечная точки биосинтеза гема служат обратной связью для АЛК-синтазы[3]. АЛК-синтаза также ингибируется гемином и глюкозой[9].
Функции
ALAS1 и ALAS2 катализируют первую стадию в процессе синтеза гема. Эта стадия является необратимой, которая также и скорость лимитирующая. Например, два субстрата, оксалоацетат и глицин, в высокой степени синтезируются и используются в других важных биологических процессах, таких как гликолиз и цикл Кребса. Изображение ниже иллюстрирует путь синтеза гема и роль, которую играет ALAS.
Заболевания
Дефицит АЛК-синтазы приводит к полному прекращению синтеза гема, поскольку главная функция данного фермента заключается в том, чтобы катализировать первый шаг в процессе синтеза молекул гема. Эти недостатки часто являются результатом генетической мутации, которая может привести к различным заболеваниям. Одним из таких заболеваний является сцепленная с Х-хромосомой сидеробластная анемия, которая приводит к появлению микроцитарных эритроцитов в костном мозге[10]. Это заболевание связано именно с мутациями в гене, кодирующий ALAS2[10].
Гиповитаминоз В6, редко встречается (например, при неправильном приёме противотуберкулёзных препаратов), однако, его наличие приводит к приобретённой форме сидеробластной анемии, так как необходимый для синтеза АЛК, пиридоксальфосфат находится в недостаточных концентрациях.
Примечания
Внешние ссылки
