Homoserin dehydrogenas
| Homoserin dehydrogenas | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Homoserin dehydrogenas komplex med NAD + analog och L-homoserin.
| |||||||||
| Identifierare | |||||||||
| Symbol | Homoserin_dh | ||||||||
| Pfam | PF00742 | ||||||||
| InterPro | IPR001342 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00800 | ||||||||
| SCOP2 | 1ebu / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Homoserin dehydrogenas | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Homoserin dehydrogenas homotetramer, Thiobacillus denitrificans
| |||||||||
| Identifierare | |||||||||
| EG nr. | 1.1.1.3 | ||||||||
| CAS-nr. | 9028-13-1 | ||||||||
| 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 ett homoserin dehydrogenas ( EC 1.1.1.3 ) ett enzym som katalyserar den kemiska reaktionen
- L-homoserin + NAD(P) + L-aspartat 4-semialdehyd + NAD(P)H + H +
De 2 substraten för detta enzym är L-homoserin och NAD + (eller NADP + ), medan dess 3 produkter är L-aspartat-4-semialdehyd, NADH (eller NADPH ) och H + .
Detta enzym tillhör familjen oxidoreduktaser , speciellt de som verkar på givarens CH-OH-grupp med NAD + eller NADP + som acceptor. Det systematiska namnet på denna enzymklass är L-homoserin:NAD(P) + oxidoreduktas . Andra namn i vanligt bruk inkluderar HSDH och HSD .
Homoserin dehydrogenas katalyserar det tredje steget i aspartatvägen ; den NAD(P) -beroende reduktionen av aspartat beta-semialdehyd till homoserin . Homoserin är en mellanprodukt i biosyntesen av treonin , isoleucin och metionin .
Enzymstruktur
Enzymet kan hittas i en monofunktionell form, i vissa bakterier och jäst . Strukturell analys av det monofunktionella enzymet från jäst indikerar att enzymet är en dimer sammansatt av tre distinkta regioner; en N-terminal nukleotidbindande domän, en kort central dimeriseringsregion och en C-terminal katalytisk domän. Den N-terminala domänen bildar en modifierad Rossmann-veckning , medan den katalytiska domänen bildar ett nytt alfa-beta-blandat ark.
Enzymet kan också hittas i en bifunktionell form bestående av en N-terminal aspartokinasdomän och en C-terminal homoserin-dehydrogenasdomän, som finns i bakterier som Escherichia coli och i växter .
Det bifunktionella aspartokinas-homoserindehydrogenas-enzymet (AK-HSD) har en regulatorisk domän som består av två subdomäner med en gemensam loop - alfahelix -loop- betasträng loop-betasträng-motiv. Varje underdomän innehåller en ACT-domän som möjliggör komplex reglering av flera olika proteinfunktioner. AK-HSD-genen kodar för aspartatkinas, en intermediär domän (som kodar för länkområdet mellan de två enzymerna i den bifunktionella formen), och slutligen den kodande sekvensen för homoserin dehydrogenas.
I slutet av 2007 har 4 strukturer lösts för denna klass av enzymer, med PDB- accessionskoderna 1EBF , 1EBU , 1Q7G och 1TVE .
Enzymmekanism
Homoserin dehydrogenas katalyserar reaktionen av aspartat-semialdehyd (ASA) till homoserin . Den totala reaktionen reducerar den funktionella C4- karboxylsyragruppen i ASA till en primär alkohol och oxiderar C1- aldehyden till en karboxylsyra. Resterna Glu 208 och Lys 117 tros vara involverade i enzymets aktiva katalytiska ställe. Asp 214 och Lys 223 har visat sig vara viktiga för hydridöverföring i den katalyserade reaktionen.
När C4- karboxylsyran har reducerats till en aldehyd och C1-aldehyden oxiderats till en karboxylsyra, tyder experiment på att Asp 219, Glu 208 och en vattenmolekyl binder ASA i det aktiva stället medan Lys 223 donerar en proton till aspartat-semialdehyden C4 syre. Homoserin-dehydrogenas har en NAD(P)H -kofaktor , som sedan donerar ett väte till samma kol, vilket effektivt reducerar aldehyden till en alkohol . (Se figurerna 1 och 2).
Den exakta mekanismen för fullständig homoserin-dehydrogenaskatalys förblir dock okänd.
Den homoserin-dehydrogenas-katalyserade reaktionen har postulerats att fortgå genom en bi-bi- kinetisk mekanism, där NAD(P)H-kofaktorn binder enzymet först och är den sista som dissocierar från enzymet när reaktionen är fullbordad. Dessutom, medan både NADH och NADPH är adekvata kofaktorer för reaktionen, föredras NADH. Km för reaktionen är fyra gånger mindre med NADH och K cat / Km är tre gånger större, vilket indikerar en mer effektiv reaktion.
Homoserin dehydrogenas uppvisar också multi-order kinetik vid subsaturating nivåer av substrat. Dessutom är den variabla kinetiken för homoserin - dehydrogenas en artefakt av den snabbare dissociationen av aminosyrasubstratet från enzymkomplexet jämfört med cofaktordissociation .
Biologisk funktion
Aspartatmetabolismen är involverad i både lagring av asparagin och i syntes av aminosyror från aspartatfamiljen . Homoserin dehydrogenas katalyserar ett mellansteg i denna väg för lagring och användning av kväve och kol . (Se figur 3).
I fotosyntetiska organismer ackumuleras glutamin , glutamat och aspartat under dagen och används för att syntetisera andra aminosyror. På natten omvandlas aspartat till asparagin för lagring. uttrycks aspartatkinas-homoserindehydrogenasgenen primärt i aktivt växande, unga växtvävnader, särskilt i de apikala och laterala meristemen .
Däggdjur saknar de enzymer som är involverade i aspartats metaboliska väg, inklusive homoserin dehydrogenas. Eftersom lysin , treonin , metionin och isoleucin tillverkas på denna väg anses de vara essentiella aminosyror för däggdjur.
Biologisk reglering
Homoserin-dehydrogenas och aspartatkinas är båda föremål för betydande reglering (se figur 3). HSD hämmas av nedströmsprodukter från aspartatmetabolismen, främst treonin . Treonin fungerar som en kompetitiv hämmare för både HSD och aspartatkinas. I AK-HSD-uttryckande organismer finns ett av treoninbindningsställena i länkområdet mellan AK och HSD, vilket tyder på potentiell allosterisk hämning av båda enzymerna .
Emellertid existerar vissa treoninresistenta HSD-former som kräver koncentrationer av treonin som är mycket större än vad som är fysiologiskt närvarande för hämning. Dessa treonin-okänsliga former av HSD används i genetiskt modifierade växter för att öka både treonin- och metioninproduktionen för högre näringsvärde.
Homoserin dehydrogenas är också föremål för transkriptionsreglering . Dess promotorsekvens innehåller ett cis-regulatoriskt element TGACTC-sekvens, som är känd för att vara involverad i andra aminosyrabiosyntesvägar . Opaque2 - regleringselementet har också varit inblandat i reglering av homoserin-dehydrogenas, men dess effekter är fortfarande inte väldefinierade.
I växter finns det också miljöreglering av AK-HSD- genuttryck . Ljusexponering har visats öka uttrycket av AK-HSD-genen, förmodligen relaterat till fotosyntes .
Sjukdomsrelevans
Hos människor har det skett en betydande ökning av sjukdomar från patogena svampar , så att utveckla läkemedel mot svamp är en viktig biokemisk uppgift. Eftersom homoserin dehydrogenas huvudsakligen finns i växter, bakterier och jäst , men inte i däggdjur, är det ett starkt mål för utveckling av svampdödande läkemedel . Nyligen upptäcktes 5-hydroxi-4-oxonorvalin (HON) att målinrikta och hämma HSD-aktivitet irreversibelt. HON är strukturellt lik aspartat semialdehyd, så det antas att det fungerar som en kompetitiv hämmare för HSD. På samma sätt har (S) 2 - amino-4-oxo-5-hydroxipentansyra (RI-331), en annan aminosyraanalog , också visats hämma HSD. Båda dessa föreningar är effektiva mot bland annat Cryptococcus neoformans och Cladosporium fulvum .
Förutom aminosyraanaloger har flera fenoliska föreningar visat sig hämma HSD-aktivitet. Liksom HON och RI-331 är dessa molekyler kompetitiva hämmare som binder till enzymets aktiva plats . Specifikt interagerar den fenoliska hydroxylgruppen med aminosyrabindningsstället .
Vidare läsning
- Black S, Wright NG (1955). "Homoserindehydrogenas". J. Biol. Chem . 213 (1): 51–60. PMID 14353905 .
- Starnes WL, Munk P, Maul SB, Cunningham GN, Cox DJ, Shive W (1972). "Treoninkänsligt aspartokinas-homoserindehydrogenaskomplex, aminosyrasammansättning, molekylvikt och subenhetssammansättning av komplexet". Biokemi . 11 (5): 677–87. doi : 10.1021/bi00755a003 . PMID 4551091 .
- Veron M, Falcoz-Kelly F, Cohen GN (1972). "De treoninkänsliga homoserin-dehydrogenas- och aspartokinasaktiviteterna hos Escherichia coli K12. De två katalytiska aktiviteterna bärs av två oberoende regioner i polypeptidkedjan" . Eur. J. Biochem . 28 (4): 520–7. doi : 10.1111/j.1432-1033.1972.tb01939.x . PMID 4562990 .
