Orotat fosforibosyltransferas
| Orotat fosforibosyltransferas | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 S. cerevisiae orotat fosforibosyltransferas bundet till dess substrat. Från PDB-fil 2PS1.
| |||||||||
| Identifierare | |||||||||
| EG nr. | 2.4.2.10 | ||||||||
| CAS-nr. | 9030-25-5 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Orotatfosforibosyltransferas ( OPRTase ) eller orotinsyrafosforibosyltransferas är ett enzym involverat i pyrimidinbiosyntesen . Det katalyserar bildningen av orotidin 5'-monofosfat (OMP) från orotat och fosforibosylpyrofosfat . I jäst och bakterier är orotatfosforibosyltransferas ett oberoende enzym med en unik gen som kodar för proteinet, medan den katalytiska funktionen hos däggdjur och andra flercelliga organismer utförs av en domän av det bifunktionella enzymet UMP-syntas (UMPS).
Biologisk bakgrund
Eftersom OPRTase är en del av ett bifunktionellt komplex UMP-syntas hos människor, är funktionen och stabiliteten hos detta enzym inte nödvändigtvis direkt associerad med störningar i människokroppen. Det är dock rimligt att tro att en dysfunktion i ett av enzymerna kommer att orsaka en dysfunktion av hela enzymet. Defekter i UMP-syntas är förknippade med hypokrom anemi. Hos däggdjur omvandlar detta bifunktionella enzym UMPS orotsyra till uridinmonofosfat (UMP). Orotatfosforibosyltransferas är beläget vid den N-terminala domänen av UMP-syntas . Denna process sker i flera steg med orotatfosforibosyltransferas som är ansvarigt för det första steget att lägga till en ribosring till orotat . I detta steg omvandlas orotinsyra till orotidylat med användning av PRPP ( fosforibosylpyrofosfat ) som ett samsubstrat. Denna reaktion drivs av hydrolys av pyrofosfat . Orotidylatdekarboxylas är lokaliserat vid den C-terminala domänen av UMPS och omvandlar denna orotidylatintermediär till uridinmonofosfat (även kallat uridylat eller UMP) via dekarboxylering . Dessa två steg är snabba och irreversibla hos däggdjur. I andra pyrimidin - auxotrofer som inte har detta bifunktionella enzym, vanligtvis mindre komplexa organismer, krävs två separata enzymer för att utföra denna reaktion. Både orotidylat och uridylat är viktiga pyrimidinnukleotider , eftersom uridylat är en prekursor till RNA . Uridylat (UMP) omvandlas senare till UDP via fosforylering av UMP-kinas och ATP och sedan fosforylerar nukleosid-difosfatkinas reversibelt UDP till UTP . UTP kan sedan amineras genom katalys av cytidintrifosfatsyntetas till från CTP .
Enzymmekanism
Reaktionen av orotinsyra (orotat) till orotidylat katalyseras av orotatfoforibosyltransferas med kofaktorn PRPP , som är en kofaktor som vanligtvis används för nukleotidsyntes . Den överför pyrofosforylgrupper mycket fördelaktigt med en ΔG på -8,3 + 0,5 kcal/mol. Två huvudsakliga interaktioner lockar PRPP för att hjälpa orotatfoforibosyltransferas i denna reaktion. För det första har orotatfoforibosyltransferas asparaginsyra - asparaginsyrarester bredvid sitt PRPP -bindande motiv som interagerar med ribosyl 2-/3- hydroxylgrupperna som stabiliserar rörelsen av kol-1 i den bundna ribosylgruppen. Stabiliseringen sker genom ett vätebindande nätverk av dessa hydroxylgrupper med pyrofosfat , vatten och magnesium. För det andra interagerar sidokedjorna i den C-terminala änden av PRPP -bindningsmotivet positivt med PRPPs 5-fosfat.
I B. subtilis är PRPP bundet till dessa två ställen med ett Kd på 33 mM. När orotat är närvarande, ökas pyrofosfatbindningsaffiniteten fyra gånger och reaktionen genomgår sprängkinetik , med snabb fosforibosylöverföring och sedan långsam frisättning av produkter. Denna långsamma frisättning tros bero på den lösningsmedelsexponerade slingan av orotatfosforibosyltransferas som skyddar det aktiva stället under det första steget. Slingöppningen sker i två steg med PRPP- dissociationen ogynnsam och långsam eftersom slingan stänger 85 % av tiden.
Tre nyckelpyrimidinnukleosider inkluderar uridin , cytidin och tymidin , och de spelar stora roller i nukleinsyrabiosyntesen såväl som kolhydrat- och lipidmetabolism. Pyrimidin-fosforibosyltransferaser såsom orotatfosforibosyltransferas aktiverar sina substrat genom att bilda S N 1 -liknande övergångstillstånd, vilket underlättar migrering av den ribosylanomera kolregionen till MgPPi . Liksom andra pyrimidinfosforibosyltransferaser har orotatfosforibosyltransferas en flexibel slinga som flyttar sig till positionsgrupper i de ideala positionerna för katalys . De använder också många vattenmolekyler för att hålla allt på plats under reaktionen.
Enzymstruktur
Kristallstrukturen hos OPRTase har lösts flera gånger av olika vetenskapliga grupper. Hos bakterier är den övergripande strukturen en dimer av två subenheter, var och en bestående av sju α-helixar och tio β-strängar, med en molekylvikt på 23919,13 Da. Orotatfosforibosyltransferas har en kärndel plus en flexibel slinga, som när den är stängd förhindrar att lösningsmedel kommer in under reaktionen. I andra organismer såsom däggdjur, insekter och slemlägen är det en av domänerna av UMP-syntas , med den andra är orotidylatdekarboxylas . N-terminalen har ett par antiparallella strängar, med rester som interagerar med bundet orotat och Lys 26 som sträcker sig till det aktiva stället och bildar en bindning med den flexibla slingan i dess slutna form. Orotsyra och PRPP stabiliseras i det aktiva stället mestadels genom vätebindning med stabiliserande interaktioner från Lys 26, Phe 34 och Phe 35 till orotsyra , såväl som Thr 128, Ala 129, Gly 130, Ala 132, Asp 124, Lys 26 och Lys 73 till PRPP . När Lys 26 är muterad uppvisar orotatfosforibosyltransferas ofta reducerad aktivitet och specificitet.
Sjukdomsrelevans
Defekter i orotatfosforibosyltransferas har varit inblandade i många medicinska tillstånd. Defekter i orotat-fosforibosyltransferasdomänen hos UMPS orsakar orotisk aciduri hos människor, vilket är en sällsynt ärftlig metabol sjukdom som beror på problem med pyrimidinmetabolismen . Det kan leda till megaloblastisk anemi och orotsyrakristalluri, som är förknippad med fysiska och psykiska funktionsnedsättningar. Orotisk aciduri rapporterades första gången 1959 när överskott av orotsyra hittades i urinen hos ett spädbarn. När individer har en mutation som leder till förlust av orotatfosforibosyltransferasaktivitet och därmed UTP- produktion, byggs orotsyra upp och kan vara så hög som 1,5 g/dag i spädbarnsurin. Detta beror på att UTP är den normala slutprodukten hos friska individer i pyrimidinsyntesvägen och normalt reglerar vägen. av orotsyra kan leda till utfällning i njuren och så småningom njursvikt. På liknande sätt orsakas UMPS-brist hos holsteinska nötkreatur av en autosomal störning som leder till döden hos avkommor i det tidiga embryonala tillståndet.
Orotatfosforibosyltransferas är också det huvudsakliga enzymet involverat i omvandlat 5-fluorouracil till 5-F-UMP genom fosforibosylering. Vissa vetenskapliga studier har visat att orotatfosforibosyltransferas potentiellt kan spela en roll i cancerprognostik. Till exempel fann en studie att förhållandet mellan genuttryck av orotatfosforibosyltransferas och dihydropyrimidindehydrogenas påverkar prognosen för patienter med metastaserande kolorektal cancer efter fluropyrimidinbaserad kemoterapi . 5-F-UMP tros bli en självmordshämmare för tymidylatsyntetas och spelar en viktig roll i tumörtillväxthämning. När med resektabel kolorektalcancer behandlades med oral 5-fluorouracil, hade patienter med höga nivåer av orotatfosforibosyltransferas signifikant bättre överlevnadsresultat. På liknande sätt har prognospotential baserad på orotatfosforibosyltransferasnivåer och aktivitet varit inblandad i urinblåsakarcinom och magkarcinom .
