Oxidosqualencyklas

Oxidosqualencyklaser (OSC) är enzymer involverade i cykliseringsreaktioner av 2,3-oxidosqualen för att bilda steroler eller triterpener .

Kristallstrukturen av oxidosqualencyklas som visas är färgad av sekundär struktur, med dess produkt, Lanosterol (turkos) i enzymets centrala aktiva plats. Produktens karaktäristiska fyra ringar är synliga, liksom hydroxylgruppen på änden av molekylen, som visas i rött.

Det finns två huvudgrupper av sterolproducerande OSC-enzymer:

Steroler och triterpener är extremt olika klasser av naturprodukter , särskilt i växter, som ofta innehåller många OSC-enzymer med olika substrat- och produktspecificiteter; Vanliga exempel inkluderar lupeolsyntas och beta-amyrinsyntas . OSC enzymers katalytiska mekanism liknar det prokaryota skvalen-hopencyklaset .

Riktad evolution och proteindesign har använts för att identifiera ett litet antal punktmutationer som förändrar produktspecificiteterna för OSC-enzymer, framför allt genom att förändra ett cykloartenolsyntas för att producera övervägande lanosterol.

Strukturera

Oxidosqualencyklas är ett monomert enzym. Dess aktiva plats består av en fördjupning mellan två fatdomäner. Den aktiva platsen består till största delen av sura aminosyror i de flesta organismer. Resterna i det aktiva stället gör det energetiskt gynnsamt för oxidosqualen att anta en mer veckad konformation, som liknar dess produkt. Detta förbereder substratet för serien av reaktioner som bildar ringarna. Oxidosqualen finns i cellens mikrosommembran där det enkelt kan skörda sitt hydrofoba substrat och visa sin hydrofoba produkt.

Fungera

Enzymatisk väg för kolesterolbiosyntes och effekten av reglering av SREBP-transkriptionsfaktorer

Oxidosqualencyklas är ett nyckelenzym i kolesterolbiosyntesvägen. Det katalyserar bildningen av lanosterol , som sedan omvandlas i många steg till kolesterol . Kroppen använder kolesterol för temperaturreglering. Det är också en prekursor för testosteron hos män och östradiol hos kvinnor.

förordning

Enzymets genetiska uttryck regleras av sterol regulatory element binding protein (SREBP-2), en molekyl som även reglerar uttrycket av andra enzymer i kolesterolbiosyntesvägen. SREBP-2-transkriptionsfaktorn ökar den enzymatiska aktiviteten uppströms om OSC, såsom den för HMG-CoA-reduktas och skvalensyntas , för att öka flödet genom sterolsyntesprocessen.

Mekanism

Översikt över kolesterolbiosyntes. Lanosterol är en föregångare till kolesterol. Denna slutliga omvandling sker i många steg.

Mekanistiskt katalyserar enzymet oxidosqualen:lanosterolcyklas bildandet av fyra ringar längs den långa kedjan av substratet ( oxidosqualen ), och producerar lanosterol. Denna cyklisering är en av de mest komplexa kända enzymfunktionerna och är mycket selektiv. Reaktionen kan karakteriseras av två huvudmekanistiska serier: en epoxidringöppning följt av en serie ringslutningar och en serie 1,2-hydrid- och 1,2-metylskift. Dessa mekanistiska steg katalyseras av en samling aminosyror i det aktiva stället.

Ringstängning

I enzymets aktiva plats aktiverar en histidinrest en asparaginsyrarest (som har identifierats som Asp455), som protonerar substratets epoxid, vilket sätter igång en serie kol-kolbindningsformationer som bildar ringar. Mer specifikt sker denna ringförslutning ring för ring (märkt AD i mekanismen nedan). Det är allmänt accepterat att epoxidprotoneringen är samtidigt med A-ringförslutningen. Katjonen överförs sedan från C10 till C8 för att bilda B-ringen. Det är C-ringformationen som förbryllar forskare. Nyligen genomförda studier har dock kommit till slutsatsen att ringen först stängs via en Markovnikov-tillsats och bildar en 5-kol mellanprodukt. Efter detta bildas D-ringen, som trycker ut C-ringen till dess slutliga tillstånd med 6 kol. För att notera, QM/MM- studier har visat att protoneringen av denna epoxidring är det hastighetsbegränsande steget för hela mekanismen, vilket indikerar att det kan vara det mest reglerade.

Hydrid- och metylskift

Mellanprodukten som bildas efter de fyra ringslutningarna genomgår två 1,2-hydridskiften och två 1,2-metylskiften för att vara i position för slutlig deprotonering. Molekylära dynamiksimuleringar har visat sig avgörande för att förstå de konformationsförändringar som oxidosqualen-lanosterol-intermediärer genomgår. Forskare har identifierat Phe696 som en kritisk aminosyra för kontrollerad och specifik hydridskiftning i denna mekanism (steg 5-6), eftersom den påskyndar skiftet genom att sänka energibarriären för respektive övergångstillstånd.

Skildring av lanosterol i det aktiva stället för OSC. Nyckelrester och vätebindningsinteraktioner visas.

Slutlig de-protonering

Slutligen avprotonerar enzymet för att ge lanosterol, som har en hydroxylgrupp istället för en epoxid . Denna hydroxylgrupp kan ses på bilden ovan . Litteraturen har visat att två aminosyror i OSC är avgörande för att denna de-protonering ska ske korrekt och enhetligt. Tyrosin vid den 503:e positionen arbetar tillsammans med histidin vid den 203:e positionen för att deprotonera vätet vid kolet intill karbokatjonen i intermediär 8. Detta åstadkommes som visas i den föreslagna mekanismen nedan. Kristallstrukturen för OSC-lanosterolkomplexet bekräftar att Tyr503 och His232 är i optimala positioner för detta sista de-protoneringssteg.

Mekanistisk verkan av OSC enligt beskrivningen ovan. Relevanta aminosyror från den aktiva sidan markerade i rött. Slutprodukt lanosterol.

Sjukdomsrelevans

Högt kolesterol i blodet, även kallat hyperkolesterolemi , ökar signifikant risken för stroke, hjärtinfarkt och perifer artärsjukdom. Om det inte behandlas kan det också leda till plackansamling i blodkärlen, vilket är känt som åderförkalkning. Av denna anledning har biosyntesvägen för sterol länge varit ett mål för läkemedelsutvecklingsindustrin. Statiner , som hämmar HMG-CoA-reduktas (ett enzym som katalyserar ett tidigare steg i kolesterolbiosyntesvägen) ordineras vanligtvis för att behandla högt kolesterol. Forskning görs för andra föreningar som blockerar olika steg i biosyntesen av kolesterol , inklusive reaktionen som utförs av oxidosqualencyklas som cykliserar skvalen för att bilda lanosterol.

Oxidosqualencyklas, som är nedströms squalen i vägen, är ett attraktivt mål för hämning. Många inhibitorer har föreslagits, bland dem steroidanaloger, fenolbaserade föreningar, bensamid- och karboxamidderivat och kväveinnehållande heterocykliska föreningar. De mest effektiva inhibitorerna har en vätebindningsacceptor på ett specifikt avstånd från en hydrofob region.

Hämmare av oxidosqualencyklas har också visat sig lovande som antimikrobiella medel, eftersom de har visat sig döda trypanosoma cruzi . Trypanosoma cruzi är en parasit som överförs till människor av insekter, främst i Latinamerika. Parasiten orsakar en sjukdom som kallas Chagas sjukdom , där akuta infektioner runt ett insektsbett kan leda till allvarligare komplikationer, såsom nedsatt hjärt-, matstrups-, kolon- och till och med hjärnans funktion. En annan parasit, Leishmania donovani , är det orsakande medlet för leishmaniasis , en liknande tropisk sjukdom som sprids av sandflugor och som oproportionerligt påverkar landsbygden. GSK2920487A, en cyklisk och aromatisk liten molekyl, har visat sig signifikant hämma oxidosqualencyklas och minska överlevnaden för L. donovani. Även om det finns oro för att parasiter som T. cruzi och L. donovani kan rensa bort de sterolföreningar som oxidosqualencyklas katalyserar bildandet av, visar styrkan av kemisk hämning mot detta viktiga enzym potentialen hos OSC som ett terapeutiskt mål.

Evolution

Stork, et al. jämförde proteinsekvenserna av C. albicans oxidosqualencyklas med det analoga enzymet (skvalencyklas) i två olika bakterier och fann konserverade regioner i den förra. Rabelo et al. hittade en bevarad aktiv plats över sju organismer. Den specifika funktionen och regleringen av OSC verkar avvika även bland eukaryoter. Till exempel åtföljs OSC i både däggdjur och jäst av ett ketoreduktasskyddande enzym. Emellertid är detta enzym nödvändigt för OSC-funktion endast i jäst, vilket tyder på den divergerande utvecklingen av steroidbiosyntesvägen hos däggdjur. Man tror att oxidosqualencyklaser från djur och svampar troligen har utvecklats från sina prokaryota motsvarigheter.

Medan de biosyntetiska stegen och de katalytiska aminosyrorna i human OSC har karakteriserats, är mindre känt om OSC-specificitet i andra livets riken. Till exempel oomyceten Saprolegnia parasitica, en fiskpatogen, en unik aminosyratriad som finns i endast vissa växt-LAS-enzymer, även om triaden är ansvarig för att bestämma CAS för LAS-specificitet i denna klass av organismer.

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Oxidosqualene_cyclase&oldid=1142777083 "