Cystationin beta-lyas
| cystationin beta-lyas | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Cystationine beta-lyase tetramer, E. Coli
| |||||||||
| Identifiers | |||||||||
| EG nr. | 4.4.1.8 | ||||||||
| CAS-nr. | 9055-05-4 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Cystationin beta-lyas ( EC 4.4.1.8 ), även vanligen kallad CBL eller β-cystationas , är ett enzym som primärt katalyserar följande α,β- elimineringsreaktion
Substratet för detta enzym är således L-cystationin , medan dess tre produkter är homocystein , pyruvat och ammoniak .
- lyas finns i växter , bakterier och jäst och är en viktig del av metioninbiosyntesvägen eftersom homocystein direkt kan omvandlas till metionin genom metioninsyntas . Enzymet tillhör y-familjen av PLP-beroende enzymer på grund av dess användning av en pyridoxal-5'-fosfat (PLP) kofaktor för att klyva cystationin. Enzymet tillhör också familjen lyaser , speciellt klassen kol-svavellyaser. Det systematiska namnet på denna enzymklass är L-cystationin L-homocystein-lyas (deaminerande; pyruvatbildande) . Detta enzym deltar i 5 metaboliska vägar : metioninmetabolism , cysteinmetabolism , selenoaminosyrametabolism, kvävemetabolism och svavelmetabolism .
Strukturera
Cystationin beta-lyas är en tetramer som består av identiska subenheter och är konstruerad som en dimer av dimerer, var och en associerad med en molekyl av PLP bunden till det katalytiska stället av en lysinrest . Dimeren bildas av två monomerer associerade genom flera elektrostatiska , vätebindande och hydrofoba interaktioner , medan tetrameren stabiliseras genom interaktioner mellan de N-terminala domänerna och viktiga α-helixar.
De flesta av enzymets katalytiska platsrester är bevarade bland enzymerna som är involverade i transsulfureringsvägen . Andra medlemmar inkluderar cystationin gamma-syntas , cystationin gamma-lyas och metionin gamma-lyas . Dessutom uppvisar dessa strukturer en typ I-veckning och tillhör familjen aspartataminotransferas (AAT), kännetecknad av homodimerer med dihedrisk symmetri och aktiva ställen sammansatta av rester som tillhör intilliggande subenheter.
Monomer
Cystationin beta-lyasmonomeren består av tre funktionellt och strukturellt distinkta domäner:
N-terminal domän
Består av tre α-helixar och en beta-sträng som bidrar till bildandet av den kvartära strukturen . Denna domän innehåller rester som interagerar med det aktiva stället för den angränsande subenheten för att underlätta substrat- och kofaktorbindning.
PLP-bindande domän
Innehåller de flesta av de katalytiskt relevanta resterna på enzymet. Den är sammansatt av α-helixar och β-ark med ett distinkt parallellt sjusträngat β-ark. Dessa ark bildar en krökt struktur runt den PLP-bindande helixen. PLP är kovalent fäst vid en lysinrest vid arkets C-terminal .
C-terminal domän
Minsta domän på enzymet, som är fäst till den PLP-bindande domänen med en lång, knäckt α-helix. Domänen är strukturerad i fyrsträngat antiparallellt β-ark med intilliggande helixar.
Katalytisk webbplats
Förutom att vara bunden till en lysinrest är PLP fixerad inom enzymets substratbindningsställe genom olika interaktioner med katalytiska rester. Amin- och hydroxylhaltiga rester är belägna i vätebindningsavstånd till de fyra fosfatsyrerna . Denna fosfatgrupp anses vara den främsta bidragsgivaren till att säkra PLP i det aktiva stället. Dessutom hjälper rester som gränsar till pyridin -kvävet i PLP att stabilisera dess positiva laddning , vilket ökar dess elektrofila karaktär.
Den aromatiska ringen i PLP är fixerad på plats av en nästan koplanär tyrosinrest . Det antas att denna konfiguration ökar kofaktorns elektronsänkkaraktär . Dessa staplingsinteraktioner mellan PLP och aromatiska sidokedjor kan hittas i de flesta PLP-beroende enzymer eftersom det spelar en viktig roll för att katalysera reaktionen genom att underlätta transaldimination.
Mekanism
Som visas i mekanismen nedan underlättar cystationin-beta-lyas SC- bindningsklyvningen i cystationin med användning av en PLP-kofaktor bunden till en katalytisk lysinrest. Inledningsvis behövs en deprotonerad aminogrupp för att utföra transaldiminationsreaktionen. Med tanke på att pH -optimum för enzymet är mellan 8,0 och 9,0, existerar en tyrosinrest i den katalytiska fickan som ett fenolat , som abstraherar en proton från a-aminogruppen i substratet. I nästa steg genomgår den deprotonerade aminen en nukleofil attack och tränger undan lysinet för att bilda en Schiff-bas , vilket bildar en intern aldimin .
Det frigjorda lysinet kan nu abstrahera protonen från C α och bilda en kinoidmellanprodukt , vilket underlättas av delokaliseringen av den negativa laddningen över PLP:s konjugerade p-system . Därefter inducerar protoneringen av S y C β - S γ bindningsklyvning, och frisätter därigenom homocystein
Den externa aldiminen undanträngs av den nukleofila attacken av lysinet, regenererar den katalytiskt aktiva inre aldiminen och frigör dehydroalanin . Slutligen tautomeriserar enaminen till en imin som genomgår hydrolytisk deaminering för att bilda pyruvat och ammoniak.
Hämning
Växt- och bakteriella cystationin beta-lyaser hämmas av den antimikrobiella aminosyran L-aminoetoxibinylglycin (AVG) och den antibakteriella aminosyran rhizobitoxin.
Växter
Cystationin beta-lyas i växter uppvisar en tvåstegs mekanisminaktiveringsprocess med AVG, där ett reversibelt enzym-inhibitorkomplex bildas före den irreversibla inaktiveringen av enzymet:
Överdriven tillsats av cystationin förhindrade inaktiveringen av enzymet, vilket tyder på att AVG fungerar som en kompetitiv hämmare med avseende på cystationin. Dessutom har enzymet visat sig vara känsligt för tiolblockerande hämmare, såsom N-etylmaleimid och idoacetamid .
Bakterie
Till skillnad från i växter uppvisar cystationin beta-lyas i bakterier en enstegs hämningsmekanism:
Genom kinetiska metoder och röntgenkristallografi observerades en tidsberoende, långsam bindande hämning. Man tror att inhibitorn binder till enzymet på ett liknande sätt som substratet; men efter abstraktionen av a-protonen fortsätter reaktionen för att skapa ett inaktivt ketimin-PLP-derivat.
Evolution
Arabidopsis cystationin beta-lyas har 22 % homologi med sin Escherichia coli motsvarighet och ännu högre homologi (mellan 28 % till 36 %) med cystationin y-syntas från växt- och bakteriekällor och cystationin y-lyas från Saccharomyces cerevisiae . Alla dessa enzymer är involverade i Cys/Met-biosyntesvägen och tillhör samma klass av PLP-beroende enzymer, vilket tyder på att dessa enzymer härrörde från en gemensam förfader.
Industriell relevans
Cystationin beta-lyas katalyserar produktionen av homocystein, en direkt föregångare till metionin. Metionin är en essentiell aminosyra för bakterier som krävs för proteinsyntes och syntes av S-adenosylmetionin ; sålunda är aminosyran direkt kopplad till DNA- replikation . På grund av dess nödvändighet i DNA-replikation är hämning av cystationin beta-lyas ett attraktivt antibiotikamål. Dessutom saknas enzymet hos människor, vilket minskar risken för skadliga och oönskade biverkningar .
Studier har kopplat antisvampaktiviteten hos flera antisvampmedel till hämningen av cystationin-beta-lyas; andra studier har dock inte observerat enzymhämning av dessa. Ytterligare forskning behövs för att karakterisera den fulla omfattningen av hämning av cystationin beta-lyas har på mikrobiell och svamptillväxt.
