Chorismat mutas
| Korismatmutas | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Kristallstruktur av korismatmutas med en övergångstillståndsanalog bunden
| |||||||||
| Identifiers | |||||||||
| EG nr. | 5.4.99.5 | ||||||||
| CAS-nr. | 9068-30-8 | ||||||||
| Databaser | |||||||||
| IntEnz | IntEnz-vy | ||||||||
| BRENDA | BRENDA inträde | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme-vy | ||||||||
| KEGG | KEGG inträde | ||||||||
| MetaCyc | Metabolisk väg | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB- strukturer | RCSB PDB PDBe PDB summa | ||||||||
| Genontologi | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Inom enzymologi är korismatmutas ( EC 5.4.99.5 ) ett enzym som katalyserar den kemiska reaktionen för omvandling av korismat till prefenat i vägen till produktionen av fenylalanin och tyrosin , även känd som shikimatvägen . Därför har detta enzym ett substrat , korismat , och en produkt , prefenat . Chorismatmutas finns vid en grenpunkt i vägen. Enzymet kanaliserar substratet, korismat till biosyntesen av tyrosin och fenylalanin och bort från tryptofan . Dess roll för att upprätthålla balansen mellan dessa aromatiska aminosyror i cellen är avgörande. Detta är det enda kända exemplet på ett naturligt förekommande enzym som katalyserar en pericyklisk reaktion . Chorismatmutas finns bara i svampar, bakterier och högre växter. Vissa varianter av detta protein kan använda morfeinmodellen för allosterisk reglering .
Proteinfamilj
Detta enzym tillhör familjen isomeraser , speciellt de intramolekylära transferaser som överför funktionella grupper. Det systematiska namnet på denna enzymklass är korismatpyruvatemutas . Chorismatmutas, även känt som hydroxifenylpyruvatsyntas , deltar i fenylalanin-, tyrosin- och tryptofanbiosyntesen. Strukturerna för korismatmutaser varierar i olika organismer, men majoriteten tillhör AroQ-familjen och kännetecknas av en sammanflätad homodimer av 3-spiralformade subenheter. De flesta korismatmutaser i denna familj liknar den hos Escherichia coli . Till exempel är den sekundära strukturen för korismatmutaset från jäst mycket lik den hos E. coli . Korimatmutas i AroQ-familjen är vanligare i naturen och är allmänt spridda bland prokaryoterna. För optimal funktion måste de vanligtvis åtföljas av ett annat enzym såsom prefanatdehydrogenas. Dessa korismatmutaser är vanligtvis bifunktionella enzymer, vilket betyder att de innehåller två katalytiska kapaciteter i samma polypeptidkedja. Korismatmutaset hos eukaryota organismer är emellertid vanligare monofunktionellt. Det finns organismer som Bacillus subtilis vars korismatmutas har en helt annan struktur och är monofunktionella. Dessa enzymer tillhör AroH-familjen och kännetecknas av en trimer α/β-cylindertopologi.
Katalysmekanism
Omvandlingen av korismat till prefenat är det första engagerade steget på vägen till produktionen av de aromatiska aminosyrorna : tyrosin och fenylalanin. Närvaron av korismatmutas ökar reaktionshastigheten en miljon gånger. I frånvaro av enzymkatalys fortsätter denna mekanism som ett samordnat men asynkront steg och är en exergon process. Mekanismen för denna transformation är formellt en Claisen-omläggning , stödd av kinetiska och isotopiska data som rapporterats av Knowles, et al.
E. coli och jäst-korismatmutas har en begränsad sekvenshomologi, men deras aktiva ställen innehåller liknande rester. Det aktiva stället för jästkorismatmutaset innehåller Arg16, Arg157, Thr242, Glu246, Glu198, Asn194 och Lys168. Det E. coli innehåller samma rester med undantag för dessa noterade utbyten: Asp48 för Asn194, Gln88 för Glu248 och Ser84 för Thr242. I det aktiva enzymstället begränsar interaktioner mellan dessa specifika rester och substratet konformationella frihetsgrader, så att entropin för aktivering effektivt reduceras till noll och därigenom främjar katalys. Som ett resultat finns det ingen formell mellanliggande, utan snarare ett pseudo-diaxialt stolliknande övergångstillstånd . Bevis för denna konformation tillhandahålls av en omvänd sekundär kinetisk isotopeffekt vid kolet direkt fäst till hydroxylgruppen. Detta till synes ogynnsamma arrangemang uppnås genom en serie elektrostatiska interaktioner, som roterar den förlängda kedjan av korismat till den konformation som krävs för denna samordnade mekanism.
En ytterligare stabiliserande faktor i detta enzym-substratkomplex är vätebindning mellan det ensamma paret av syret i vinyletersystemet och vätebindningsdonatorrester. Detta stabiliserar inte bara komplexet, utan störningar av resonansen i vinyletern destabiliserar grundtillståndet och minskar energibarriären för denna omvandling. En alternativ syn är att elektrostatisk stabilisering av det polariserade övergångstillståndet är av stor betydelse i denna reaktion. I det aktiva stället för korismatmutas stabiliseras övergångstillståndsanalogen av 12 elektrostatiska och vätebindande interaktioner. Detta visas i mutanter av det naturliga enzymet där Arg90 är ersatt med citrullin för att visa vikten av vätebindning för att stabilisera övergångstillståndet. Annat arbete med korismatmutas från Bacillus subtilis visade bevis på att när en katjon var lämpligt placerad i det aktiva stället, främjade de elektrostatiska interaktionerna mellan den och det negativt laddade övergångstillståndet katalys.
Ytterligare studier har gjorts för att stödja relevansen av en nära attackkonformer (NAC) i reaktionen som katalyseras av korismatmutas. Denna NAC är den reaktiva konformationen av grundtillståndet som direkt omvandlas till övergångstillståndet i enzymet. Med hjälp av termodynamiska integrationsmetoder (TI ) beräknades de fria standardenergierna (ΔG N ° ) för NAC-bildning i sex olika miljöer. Erhållna data tyder på att effektiv katalys härrör från stabilisering av både NAC och övergångstillstånd. Andra experimentella bevis stöder emellertid att den observerade NAC-effekten helt enkelt är ett resultat av stabilisering av elektrostatisk övergångstillstånd.
Sammantaget har det gjorts omfattande studier om den exakta mekanismen för denna reaktion. Det relativa bidraget av konformationsbegränsningar hos det flexibla substratet, specifik vätebindning till övergångstillståndet och elektrostatiska interaktioner till den observerade hastighetsökningen är fortfarande under diskussion.
Anteckningar
- ^ Dimetylallyltryptofansyntas har föreslagits för att katalysera en Cope-omarrangemang , men detta har ännu inte bevisats definitivt
