P5CS består av två domäner: gamma-glutamylkinas och gamma-glutamylfosfatreduktas, som var och en används för att slutföra de två stegen för att skapa ornitin och prolin. Gamma-glutamylkinasdomänen använder en kedja med 367 rester som viks in i en N-terminal aminosyrakinasdomän, ansvarig för katalys och prolinhämning, och en C-terminal PUA RNA -bindande domän. Detta enzym är också en tetramer som bildas av två dimerer , och monomererna och dimererna är sammansatta på ett sätt som gör att de aktiva aminosyrakinasfickorna alternativt kan orienteras i tetrameren. Den korta versionen (P5CS.short) och den långa versionen (P5CS.long) av PC5S är två isoformer av detta enzym som skiljer sig åt genom tillägg av två aminosyror i lång form och med en extra 6-bp insättning efter bp+711 . Denna lilla skillnad skapar en dramatisk skillnad i hur de påverkas av hämningen av ornitin. ALDH18A1 - genen sträcker sig över 15 kb , är kartlagd på 10q24.3 och har ett exonantal på 18.
Fungera
P5CS katalyserar fosforylerings- och reduktionsomvandlingen av glutamat till Delta-1-pyrrolin-5-karboxylat (P5C). Detta sker genom en process där glutamat omvandlas till gamma-glutamylfosfat i gamma-glutamylkinasdomänen och sedan görs gamma-glutamylfosfatet till gamma-glutamyl-semialdehyd i gamma-glutamylfosfatreduktasdomänen. Gamma-glutamin-semi-aldehyden är i tautomer jämvikt med P5C och den är den obligatoriska mellanprodukten i omvandlingarna av prolin, ornitin och glutamat. De två isoformerna (PC5S.short och PC5S.long) är båda involverade i olika aktiviteter också. Den korta versionen har hög aktivitet i tarmen och är en huvuddeltagare i biosyntesen av arginin. Den långa versionen av PC5S uttrycks i olika vävnader och har betydelse för dess förmåga att syntetisera prolin från glutamat. Den korta versionen hämmas också av ornitin, medan den långa versionen är okänslig för aminosyran.
Evolution
De distinkta domänerna av eukaryot P5CS finns i prokaryoter och encelliga eukaryoter som finns i två separata enzymer, proA (gamma-glutamylfosfatreduktas) och proB (gamma-glutamylkinas). Sekvensen och strukturella data för båda förfäders enzymer tyder på att proA- och proB -gener härrör från en enda genduplicering och efterföljande subfunktionalisering . Sammanslagningen av proA och proB föregicks sannolikt av en deletion av PUA-domän i proB , vilket minskade känsligheten för prolinåterkopplingsinhibering och möjliggjorde den observerade kanaliseringen av gamma-glutamylfosfatintermediär.
Klinisk signifikans
Ornitin och/eller arginin är viktiga mellanprodukter för syntesen av urea , kreatin , kväveoxid , polyaminer och protein ; medan prolin är en viktig komponent i bindvävsproteinerna, kollagen och elastin . Eftersom alla dessa tre aminosyror är en del av mycket betydande processer, blir närvaron av P5CS en viktig regulator som ser till att ingen av dessa tre blir bristfällig. Därför leder en brist på P5CS, på grund av mutationer i ALDH18A1 -genen, ofta till neurodegeneration, ledslapphet , hyperelasticitet i huden , bilateral subkapsulär grå starr och en uppsjö av andra komplikationer associerade med nedsatt prolin- och ornitinsyntes.
I växter
I alla växtarter är aktiviteten hos växt P5CS också kopplad till prolinbiosyntesvägen, under både optimala och abiotiska stressförhållanden. I likhet med däggdjur har växter två P5CS-isoenzymer som kodas av paraloga gener, P5CS1 och P5CS2 . Olika växtarter har utvecklats för att använda olika P5CS-paraloger i beroende av miljön. Som sådan fungerar P5CS2 som ett hushållsenzym i Arabidopsis, denna funktion tillhandahålls av P5CS1 i ris; däremot möjliggör Arabidopsis P5CS1 bättre prestanda under abiotisk stress, medan P5CS2 är ansvarig för förbättrad abiotisk stressrespons i ris. Arabidopsis P5CS2 är lokaliserad i cytoplasma och kloroplaster. P5CS-beroende syntes av P5C är det hastighetsbegränsande steget av prolinbiosyntes och hämmas av bindningen av slutprodukten, L-prolin, som förmodligen förhindrar bindningen av glutamat till ingångsstället vid gamma-glutamylkinas-subenheten.
Maruyama K, Sugano S (januari 1994). "Oligo-capping: en enkel metod för att ersätta lockstrukturen för eukaryota mRNA med oligoribonukleotider". Gene . 138 (1–2): 171–4. doi : 10.1016/0378-1119(94)90802-8 . PMID 8125298 .
Aral B, Schlenzig JS, Liu G, Kamoun P (mars 1996). "Databaskloning av humant delta 1-pyrrolin-5-karboxylatsyntetas (P5CS) cDNA: ett bifunktionellt enzym som katalyserar de två första stegen i prolinbiosyntes". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Serie III . 319 (3): 171–8. PMID 8761662 .
Suzuki Y, Yoshitomo-Nakagawa K, Maruyama K, Suyama A, Sugano S (oktober 1997). "Konstruktion och karakterisering av ett fullängdsanrikat och ett 5'-ändsanrikat cDNA-bibliotek". Gene . 200 (1–2): 149–56. doi : 10.1016/S0378-1119(97)00411-3 . PMID 9373149 .
