아스파르트산 레이스마세

Aspartate racemase
아스파라긴산레이스마제
식별자
EC 번호5.1.1.13
CAS 번호37237-56-2
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효소학에서 아스파르트산 라세마아제(EC 5.1.13)는 다음과 같은 화학 반응을 촉매하는 효소이다.

L-아스파르트산염 { style \ }D-아스파르트산염

이 효소는 이성질화효소, 특히 글루탐산 라세마아제, 프롤린 라세마제 및 디아미노피멜산 에피메라아제를 포함한 아미노산 및 아미노산 유도체에 작용하는 라세마제 및 에피메라아제 계열에 속합니다.

이 효소 클래스의 계통명은 아스파르트산 라세마제이다.일반적으로 사용되는 다른 이름으로는 D-아스파르트산 레이스마제 및 [1]McyF가 있습니다.

검출

아스파르트산 라세마제는 1972년 [2]라몬트 연구진에 의해 그램 양성 박테리아 Streptoccus faecalis에서 처음 발견되었다.그 후 아스파르트산 라세마제 역시 L-아스파르트산 라세마제가 L-아스파르트산 라세마제보다 절반 정도 빠르게 라세마제 활성을 나타내지 않는 것으로 확인되었다.

구조.

박테리아의 아스파르트산염 라세마아제 결정구조는 Pyrococcus horikoshii [3]OT3, 대장균, 미량낭충, 피크로필루스 토리더스 DSM 9790에서 해결되었다.

호모디머

결속 주머니를 나타내는 각도로 볼 때 P. 호리코시이에서 분리된 균질 아스파르트산 레이스마제.다른 색상은 복합체의 다른 모노머를 나타냅니다.

구조가 알려진 대부분의 박테리아에서 아스파르트산 라세마아제는 호모디머로 [3]존재하며, 여기서 각 서브유닛은 약 25kDa의 분자량을 가진다.복합체는 주로 알파 나선형으로 구성되며, 추가로 이합체 중앙에 로스만 폴드가 있습니다.촉매 포켓은 두 도메인의 교차점에 의해 형성된 틈에 있습니다.구연산염 분자는 결합 포켓 안에 들어갈 수 있으며, 아스파르트산 라세마아제의 "[4]닫힌 형태"를 만들기 위해 균열을 수축시킨다.

L-아스파르트산염과 D-아스파르트산염의 [3]상호변환을 담당하는 두 개의 고도로 보존된 시스테인 잔기가 제안된다.이러한 시스테인 잔류물은 아스파르트산의 α-탄소로부터 3~4앙스트롬 떨어져 있다.부위 지향적 돌연변이 유발 연구는 세린에 대한 상류 시스테인 잔기의 돌연변이가 라세미화 활성의 완전한 손실을 초래한 반면, 하류 시스테인 잔기의 동일한 돌연변이는 10-20%의 라세미화 [4]활성의 유지를 초래한 것으로 나타났다.그러나 하류 시스테인 잔기를 안정화시키는 산 잔류 글루탐산염의 돌연변이는 라세미화 활성을 완전히 상실시켰다.최대 9개의 다른 잔류물은 수소 결합 또는 소수성 [5][4]상호작용을 통해 아스파르트산염의 이성질체와 상호작용하고 안정화시키는 것으로 알려져 있다.

대장균에서는 활성 시스테인 잔기 중 하나가 트레오닌 잔기로 치환되어 기질 문란성이 [5]크게 향상된다.특히 대장균의 아스파르트산 라세마아제는 글루타메이트의 라세미화를 촉매할 수 있다.

단량체

2004년, 비피도박테륨 비피디움에서 27 kDa [6]단량체로 아스파르트산 라세마아제가 발견되었다.이 단백질은 Streptoccus thermophilus에서 분리된 호모다이머 아스파르트산 라세마아제와 거의 동일한 효소 특성을 공유하지만 아스파르트산염이 존재할 때 열 안정성이 크게 높아진다는 추가 특성을 가지고 있다.

반응 메커니즘

아스파르트산 라세마제는 다음과 같은 반응을 촉매한다.

Aspartate racemase general reaction.png

아스파르트산 라세마아제는 L-아스파르트산염 또는 D-아스파르트산염 중 하나를 기질로 받아들일 수 있다.

아미노산 라세미화는 1염기 메커니즘과 2염기 [7]메커니즘의 2가지 주요 메커니즘에 의해 이루어진다.1염기기구에서 양성자수용체는 기판아미노산으로부터 α-수소를 추출하여 α-카본의 다른 면에서 재음성화될 때까지 카르바니온 중간체를 형성한다.피리독살-5-인산(PLP)에 의존하는 레이스마는 일반적으로 1염기 메커니즘을 활용한다.이 2염기기구에서는 아미노산 한쪽 면의 염기에 의해 알파수소가 추출되고, 다른 한쪽 면에는 양성자화된 염기가 그 수소를 공여한다.

PLP 비의존 메커니즘

박테리아의 아스파르트산 라세마는 PLP가 없을 때 기능하며, PLP 비의존적 [5]메커니즘을 시사한다.두 가지 티올 그룹에 의해 수행되는 2-염기 메커니즘은 문헌에서 지원됩니다.

Aspartate racemization mechanism two base.png

박테리아 중 PLP 비의존성 이성질화효소로는 글루탐산 라세마아제, 프롤린 라세마제 및 히드록시프롤린-2-에피머라아제가 있다.

PLP 의존 기구

포유류 아스파르트산 라세마제는 박테리아 아스파르트산 라세마제와는 대조적으로 PLP 의존성 효소이다.정확한 메커니즘은 알려지지 않았지만, 아래와 같이 포유류의 세린 레이스마제와 유사하게 진행된다는 가설이 있다.

Aspartate racemase PLP-dependent mechanism.png

억제

시스테인 잔기에 대한 일반 억제제는 단량체 아스파르트산 라세마아제에 [2][5]대한 효과적인 약제인 것으로 나타났다.N-에틸말레이미드 및 5,5'-디티오비스(2-니트로벤조산)는 모두 1M에서 단량체 아스파르트산 라세마제를 저해한다.

기능.

D-아스파르트산염 대사

박테리아에서 아스파르트산 라세마아제의 주요 기능 중 하나는 D-아스파르트산 [8][9]대사이다.D-아스파르트산 대사의 시작은 L-알라닌으로의 전환이다.먼저 D-아스파르트산은 아스파르트산 라세마아제에 의해 L-아스파르트산으로 이성화된 후 탈탄산화하여 L-알라닌을 [9]형성한다.

Metabolism of D-aspartate to L-alanine.png

펩티도글리칸 합성

D-아미노산은 [10]박테리아의 펩티도글리칸에서 흔하다.Bifidobacterium bifidum에서 D-aspartate는 L-aspartate에서 아스파르트산 [6]라세마아제를 통해 형성되어 펩티도글리칸의 가교 부분으로 사용된다.

포유류의 신경발생

아스파르트산 라세마제는 D-아스파르트산이 [11]존재하는 모든 조직인 뇌, 심장, 포유류의 고환에서 매우 발현된다.D-아스파르트산은 태아의 뇌에 풍부하지만 산후 발달 과정에서 감소한다.성인 해마의 신생 뉴런에서 아스파르트산 라세마제를 보완하는 짧은 머리핀 RNA의 레트로바이러스 매개 발현이 신생 뉴런의 수지상 발달의 결함 및 손상 생존을 초래하여 아스파르트산 라세마제가 [12]포유류의 성인 신경 발생을 조절할 수 있음을 시사했다.

진화

계통발생학적 분석에 따르면 PLP 의존성 동물 아스파르트산 라세마는 PLP 의존성 동물 세린 라세마와 같은 과로 이들을 코드하는 유전자는 공통 [13]조상을 공유하고 있다.동물의 아스파르트산 레이스마는 아미노산 치환을 통해 세린 레이스마제로부터 독립적으로 진화했다. 즉, 세린 [14]잔기의 연속적인 도입이다.Saccoglossus kowalevskii에서 분리된 세린 라세미도 아스파르트산 및 글루탐산 라세미화 [15]활성이 높다.

레퍼런스

  1. ^ Sielaff H, Dittmann E, Tandeau De Marsac N, Bouchier C, Von Döhren H, Börner T, Schwecke T (August 2003). "The mcyF gene of the microcystin biosynthetic gene cluster from Microcystis aeruginosa encodes an aspartate racemase". The Biochemical Journal. 373 (Pt 3): 909–16. doi:10.1042/BJ20030396. PMC 1223527. PMID 12713441.
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