Cistationin-beta-sintaza

Izvor: testwiki
Idi na navigaciju Idi na pretragu

Šablon:Infokutija gen Cistationin-β-sintaza, znna I kao CBS (EC 4.2.1.22), jest enzim koji je kod ljudi kodiran genom CBS sa hromosoma 21. Katalizira prvi korak puta transsulfuracije, od homocisteina do cistationina:[1]

L-serin + L-homocistein ⇌ L-cistationin + H2O

CBS koristi kofaktor piridoksal-fosfat (PLP) i može se alosterno regulisati efektorima kao što je sveprisutni kofaktor S-adenozil-L-metionin (adoMet). Ovaj enzim pripada porodici lijaza, tačnije, hidro-lijaza, koje cijepaju veze ugljik-kisik.

CBS je multidomenski enzim sastavljen od N-terminalnog enzimskog domena i dva CBS-domena. CBS gen je najčešći lokus za mutacije povezane sa homocistinurijom.[2][3]

Struktura

Poravnavanje sekvenci domena CBS.[4]

Ljudski enzim cistationin β-sintaza je tetramer i sastoji se od 551 aminokiselina sa molekulskom težinom podjedinice od 61 kDa. Prikazuje modularnu organizaciju od tri modula sa N-terminalnim hemskim domenom, praćenim jezgrom koje sadrži kofaktor PLP.[5] Kofaktor je duboko u domenu hema i povezan je Schiffovom bazom.[6] A Schiffova baza je funkcionalna grupa koja sadrži C=N vezu sa atomom dušika koji je povezan s aril ili alkil grupom. Domen hema sastoji se od 70 aminokiselina i čini se da hem postoji samo u sisarskim CBS i da ga nema u CBS kvasaca i Protozoa. Na C-terminalu, regulatorni domen CBS-a sadrži tandemsko ponavljanje dva CBS domena β-α-β-β-α, sekundarnog strukturnog motiva koji se nalazi u drugim proteinima.[5] CBS ima C-terminalni inhibitorni domen. C-terminalni domen cistationin β-sintaze reguliše svoju aktivnost putem intrasternih i alosternih efekata i važan je za održavanje tetramernog stanja proteina.[5] Ova inhibicija ublažava se vezivanjem alosternih efektora, adoMet ili delecijom regulatornog domena; međutim, veličina efekata se razlikuje.[5] Mutacije u ovom domenu su u korelacijama sa nasljednim bolestima.[7]

Domen hema sadrži N-terminalnu petlju koja vezuje hem i obezbeđuje aksijalne ligande C52 i H65. Udaljenost hema od mjesta PLP-a sugerira njegovu neulogu u katalizi, međutim deleije hemskog domena uzrokuju gubitak redoks osjetljivosti; stoga se pretpostavlja da je hem redoks senzor.[6] Prisustvo protoporfirina IX u CBS je jedinstveni enzim zavisan od PLP-a i nalazi se samo u CBS-u sisara. D. melanogaster i D. discoides imaju skraćene ekstenzije N-terminala i stoga sprečavaju konzervirane histidinske i cisteinske ostatke hemskog liganda.

Međutim, sekvenca Anopheles gambiae ima duži N-terminalni produžetak od ljudskog enzima i sadrži konzervirane histidinske i cisteinske hemne ostatke liganda poput ljudskog hema. Stoga je moguće da su CBS u plijesni i insektima hemeproteini koji sugeriraju da je hemski domen rana evolucijska inovacija koja je nastala prije razdvajanja životinja i sluzavih plijesni.[5] PLP je unutrašnji aldimin i formira Schiffovu bazu sa K119 u aktivnom mjestu. Između katalitskog i regulatornog domena postoji preosjetljivo mjesto koje uzrokuje proteolitsko cijepanje i proizvodi skraćeni dimerni enzim koji je aktivniji od originalnog enzima. AdoMet ne reguliše i skraćeni enzim i enzim koji se nalazi u kvascu. Enzim kvasca se također aktivira delecijom C-terminala kako bi se proizveo dimerni enzim.[5]

Od kraja 2007., dvije strukture su riješene za ovu klasu enzima, sa PDB pristupnim kodovima Šablon:PDB link i Šablon:PDB link. Šablon:Clear

Enzimska aktivnost

Šablon:Infokutija protein

Metabolizam cisteina: cistationin beta-sintaza katalizuje gornju reakciju, a cistationin gama-lijaza katalizuje donju reakciju.

Transsulfuracija, koju katalizira CBS, pretvara homocistein u cistation, koji cistation gama lijaza pretvara u cistein.[8]

CBS zauzima ključnu poziciju u metabolizmu sumpora kod sisara na spoju homocisteina, gdje se donosi odluka da se metionin komnzervira ili pretvori u cistein putem puta transsulfuracije. Štaviše, put transsulfuracije je jedini put koji može ukloniti aminokiseline koji sadrže sumpor u uslovima viška.[5]

Analogno drugim enzimima β-zamjenjivanja, predviđa se da će reakcija koju katalizira CBS uključiti niz adoMet-vezanih intermedijera. Dodavanje serina rezultira reakcijom transchiffizacijom, koja formira vanjski aldimin. Aldimin se podvrgava apstrakciji protona na α-ugljiku , nakon čega slijedi eliminacija da bi se dobio amino-akrilatski intermedijer. Nukleofilni napad tiolata homocisteina na aminoakrilat i reprotonacija na Cα, stvaraju vanjski aldimin cistationina. Konačna reakcija transaldiminacije oslobađa konačni proizvod, cistationin.[5] Konačni proizvod, L-cistationin također može formirati aminoakrilatni intermedijer, što ukazuje da je cijela reakcija CBS-a reverzibilna.[9]

Izmjereni V0 reakcije katalizirane enzimom, općenito, odražava stabilno stanje (gdje je [ES] konstantan), iako je V0 ograničen na rani dio reakcije, a analiza ovih početnih brzina se naziva kinetikom stabilnog stanja. Kinetička analiza kvasca CBS u stabilnom stanju daje paralelne linije. Ovi rezultati slažu se s predloženim ping-pong mehanizmom u kojem je vezivanje serina i oslobađanje vode praćeno vezivanjem homocisteina i oslobađanjem cistationina. Nasuprot tome, stabilno stanje enzimske kintike CBS-a pacova daje linije koje se sijeku, što ukazuje da se β-supstituent serina ne oslobađa iz enzima prije vezivanja homocisteina.[5]

Jedna od alternativnih reakcija koja uključuje CBS je kondenzacija cisteina sa homocisteinom da nastane cistationin i sulfid-vodik (H2S).[9] H< sub>2S u mozgu se proizvodi iz L-cisteina od strane CBS-a. Ovaj alternativni metabolički put takođe zavisi od adoMet.[10]

Aktivnost CBS enzima nije prisutna u svim tkivima i ćelijama. Ne postoji u srcu, plućima, sjemenicima, nadbubrežnim žlijezdama i slezeni kod pacova. Kod ljudi se pokazalo da ga nema u srčanom mišiću i primarnim kulturama ljudskih endotelnih aortnim ćelijama. Nedostatak CBS-a u ovim tkivima implicira da nisu u stanju sintetizirati cistein i da se on mora pribavljati iz vanćelijskih izvora. Također sugerira da ova tkiva mogu imati povećanu osjetljivost na toksičnost homocisteina, jer ne mogu katabolizirati višak homocisteina putem transsulfuracije.[9]

Regulacija

Alostena aktivacija CBS-a pomoću adoMet određuje metaboličku sudbinu homocisteina. CBS kod sisara aktivira AdoMet 2,5-5 put sa konstantom disocijacije od 15 μM.[2] AdoMet je alosterni aktivator koji povećava Vmax CBS reakcije, ali ne utiče na Km za podloge. Drugim riječima, AdoMet stimuliše aktivnost CBS-a povećavajući stopu obrta, a ne vezivanje supstrata za enzim.[5] Ovaj protein može koristiti morfeinski model alosterne regulacije.[11]

Ljudski CBS obavlja ključni korak u biosintetskom putu cisteina, tako što pruža regulatornu kontrolnu tačku za AdoMet. Homocistein, nakon što je metiliran u metionin, može se pretvoriti u AdoMet, koji donira metil grupe raznim supstratima, npr. neurotransmiterima, proteinima i nukleinskim kiselinama. AdoMet funkcioniše kao alosterni aktivator CBS-a i vrši kontrolu nad njegovom biosintezom: niske koncentracije AdoMet-a rezultiraju niskom aktivnošću CBS-a, čime se homocistein usmjerava u transmetilaciju prema formiranju AdoMet-a. Nasuprot tome, visoke koncentracije adoMet-a usmjeravaju homocistein u transsulfuracijski put prema biosintezi cisteina.[12]

Kod sisara, CBS je visoko regulirani enzim, koji sadrži hemski kofaktor koji funkcionira kao redoksni senzor,[7] koji može modulirati njegovu aktivnost, kao odgovor na promjene u redoks potencijalu. Ako oblik CBS-a u stanju mirovanja u ćeliji ima fero (Fe2+) hem, postoji potencijal za aktiviranje enzima u oksidirajućim uvjetima, pretvaranjem u feri (Fe 3+) stanje.[5] Fe2+ oblik enzima se inhibira pri vezivanju CO ili dušik-oksida, dok se aktivnost enzima udvostručuje kada se Fe2+ se oksidira u Fe3+. Redoks stanje hema zavisi od pH vrednosti, pri čemu je oksidacija Fe2+–CBS u Fe3+–CBS favorizovana u uslovima niskog pH.[13]

Budući da CBS kod sisara sadrži hemski kofaktor, dok enzim kvasca i protozoa iz Trypanosoma cruzi nemaju kofaktore hema, spekuliralo se da hem nije potreban za aktivnost CBS.[5]

CBS je regulisan na nivou transkripcije pomoću NF-Y, SP-1 i SP-3. Osim toga, on je povećano transkripcijski reguliran glukokortikoidima i glikogenom, a smanjen je insulinom. Metionin reguliše CBS na posttranskripcijskom nivou.

Ljudske bolesti

Downov sindrom je medicinsko stanje koje karakterizira prekomjerna ekspresija cistationin beta sintaze (CBS) i nizak nivo homocisteina u krvi. Nagađalo se da bi prekomjerna ekspresija cistationin beta sintaza mogla biti glavni krivac za ovu bolest (zajedno sa disfunkcijom GabaA i Dyrk1a). Fenotip Downovog sindroma je suprotan hiperhomocisteinemiji (opisano u nastavku). Farmakološke inhibitore CBS-a patentirala je i obavila testiranja fondacija Jerome Lejeune (novembar 2011.) (u planu su životinje i ljudi).

Hiperhomocisteinemija je medicinsko stanje koje karakteriše abnormalno visok nivo homocisteina u krvi. Mutacije u CBS-u jedini su najčešći uzrok nasljedne hiperhomocisteinemije. Genetički defekti koji utiču na enzimske puteve MTHFR, MTR i MTRR/MS mogu također doprineti visokim nivoima homocisteina. Urođene greške u CBS rezultiraju hiperhomocisteinemijom sa komplikacijama u [[[krvotok|kardiovaskularnom sistemu]], koje dovode do rane i agresivne arterijske bolesti. Hiperhomocisteinemija takođe utiče na tri druga glavna organska sistema uključujući očni, centralni nervni i skeletni.[5] Homocistinurijka zbog nedostatka CBS-a je poseban tip hiperhomocisteinemije. To je rijetka, nasljedna autosomna recesivna bolest, koja se općenito dijagnosticira u djetinjstvu. Identificirana je ukupno 131 različitoj mutaciji koje uzrokuje homocistinuriju. Uobičajena funkcionalna karakteristika mutacija u CBS domenima je da mutacije ukidaju ili snažno smanjuju aktivaciju adoMet.[12] Nije otkriven specifičan lijek za homocistinuriju ; međutim, mnogi ljudi se liječe visokim dozama vitamina B6, koji je kofaktor CBS-a.

Bioinženjerstvo

Cistationin beta-sintaza (CBS) uključena je u razvoj oocita. Međutim, malo se zna o regionalnim i ćelijskim obrascima ekspresije CBS-a u jajnicima i istraživanja su sada fokusirana na određivanje lokacije i ekspresije tokom razvoja folikula u jajnicima.[14]

Odsustvo cistationin beta-sintaze kod miševa izaziva neplodnost zbog gubitka ekspresije proteina u maternici.[15]

Mutacije

Geni koji kontrolišu ekspresiju CBS enzima možda neće raditi sa 100% efikasnošću kod osoba koje imaju jedan od SNP-ova ( jednonukleotidnim polimorfizama, polimorfizam poznatiji kao mutacije) koji utiču na ovaj gen. Poznate varijante uključuju A360A, C699T, I278T, N212N i T42N SNP (između ostalih). Ovi SNP-ovi, koji imaju različite efekte na efikasnost enzima, mogu se otkriti standardnim metodama DNK-testiranja.

Također pogledajte

Reference

Šablon:Reflist

Dopunska literatura

Šablon:Refbegin

Šablon:Refend

Vanjski linkovi

Šablon:PDB Gallery Šablon:Enzimi metabolizma aminokiselina Šablon:Ugljik-kisik lijaze Šablon:Enzimi Šablon:Portal

  1. ↑ Šablon:Cite web
  2. ↑ 2,0 2,1 Šablon:Cite journal
  3. ↑ EC 4.2.1.23
  4. ↑ Šablon:PDB; Šablon:Cite journal
  5. ↑ 5,00 5,01 5,02 5,03 5,04 5,05 5,06 5,07 5,08 5,09 5,10 5,11 5,12 Šablon:Cite journal
  6. ↑ 6,0 6,1 Šablon:Cite journal
  7. ↑ 7,0 7,1 Šablon:Cite journal
  8. ↑ Šablon:Cite journal
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 Šablon:Cite journal
  10. ↑ Šablon:Cite journal
  11. ↑ Šablon:Cite journal
  12. ↑ 12,0 12,1 Šablon:Cite journalŠablon:Mrtav link
  13. ↑ Šablon:Cite journal
  14. ↑ Šablon:Cite journal
  15. ↑ Šablon:Cite journal
Preuzeto iz "https://bs.wiki.beta.math.wmflabs.org/w/index.php?title=Cistationin-beta-sintaza&oldid=1124"