WikiDer > Фосфоенолпируватмутаза

В энзимология, а фосфоенолпируватмутаза (ЕС 5.4.2.9) является фермент который катализирует то химическая реакция

фосфоенолпируват ${ displaystyle rightleftharpoons}$ 3-фосфонопируват

Следовательно, у этого фермента есть один субстрат, фосфоенолпируват (PEP) и один товар, 3-фосфонопируват (PPR), которые структурные изомеры.

Этот фермент принадлежит к семейству изомеразы, в частности, фосфотрансферазы (фосфомутазы), которые переносят фосфатные группы внутри молекулы. В систематическое название этого класса ферментов фосфоенолпируват 2,3-фосфономутаза. Другие широко используемые имена включают фосфоенолпируват-фосфонопируват фосфомутаза, PEP фосфомутаза, фосфоенолпируват фосфомутаза, PEPPM, и PEP фосфомутаза. Этот фермент участвует в метаболизм аминофосфонатов.

Фосфоенолпируватмутаза была открыта в 1988 году.^[1][2]

Структурные исследования

На конец 2007 г. 6 структуры были решены для этого класса ферментов группой Герцберга [1] на Университет Мэриленда используя PEPPM из голубая мидия, Mytilus edulis. Первая структура (PDB код присоединения 1PYM) была решена в 1999 году и содержала ингибитор оксалата магния.^[3] Эта структура идентифицировала фермент как состоящий из идентичных бета-баррель субъединицы (экспонирующие ТИМ ствол складка, состоящая из восьми параллельных бета-нити). Наблюдалась димеризация, при которой спираль каждой субъединицы взаимодействует с цилиндром другой субъединицы; авторы назвали эту особенность «перестановкой спиралей». Димеры также могут димеризоваться с образованием гомотетрамерного фермента. На основе этого исследования был предложен механизм двойного переноса фосфорила: это будет включать разрыв фосфорно-кислородной связи PEP с образованием промежуточного фосфорила с последующим переносом фосфорильной группы от фермента на углерод-3, с образованием PPR.

Однако совсем недавно была решена структура с ингибитором сульфопирувата, который является более близким аналогом субстрата (1М1Б);^[4] это исследование поддержало вместо этого диссоциативный механизм. Примечательной особенностью этих структур было экранирование активный сайт из растворителя; было предложено значительное конформационное изменение происходит при связывании, чтобы обеспечить это, переводя белок из «открытого» в «закрытое» состояние, и это поддерживалось несколькими кристаллическими структурами в открытом состоянии.^[5] Три из них были дикого типа: апофермент в 1S2T, фермент плюс его кофактор иона магния в 1S2V, а фермент с высокой ионной силой в 1S2W. Мутант (D58A, в одной из петель активного центра) кристаллизовался также как апофермент (1С2У). На основе этих структур была идентифицирована петля «стробирования» активного центра (остатки 115-133), которая защищает субстрат от растворителя в закрытой конформации.

Две конформации, взятые из кристаллических структур 1M1B (закрытая) и 1S2T (открытая), состыкованы друг с другом на изображениях ниже; они отличаются незначительно, за исключением петли стробирования, которая окрашена в фиолетовый цвет для закрытой конформации и синий для открытой конформации. В крупный план активного сайта (слева) также включены несколько боковых цепей (голубые), которые были определены как важные для катализа; обзор (справа) иллюстрирует характерную складку смены спирали. Изображения - это стоп-кадры из Лента кинемаги. Обе эти структуры кристаллизовались в виде димеров. В цепи A (используемой для крупного плана активного сайта) спирали имеют красный цвет, в то время как петли (кроме стробирующей петли) белые, а бета-цепи зеленые; в цепи B спирали желтые, бета-нити оливковые, петли серые; эти цвета одинаковы для закрытых и открытых конструкций. Ионы магния имеют серый цвет, а сульфопируватные лиганды розового цвета; оба происходят из закрытой структуры (хотя фермент также был кристаллизован только с магнием, и он принял открытую конформацию).

Структура PEPPM очень похожа на структуру метилизоцитратлиаза, фермент, участвующий в пропаноат метаболизм, субстрат которого также является низкомолекулярным карбоновая кислота- структура бета-бочки, а также макет активного сайта и геометрия мультимеризации совпадают. Изоцитратлиаза также очень похож, хотя каждая субъединица имеет второй бета-домен меньшего размера в дополнение к основному бета-стволу.

Механизм

Считается, что фосфоенолпируватмутаза обладает диссоциативным механизмом.^[4] Ион магния участвует в качестве кофактора. Фосфорил / фосфатная группа, по-видимому, также ионно взаимодействует с Arg159 и His190, стабилизируя реакционноспособный промежуточный продукт. Промежуточный фосфоэнзим маловероятен, потому что наиболее подходящие остатки для ковалентного аддукта могут быть мутированы только с частичной потерей функции. Реакция включает диссоциацию фосфора от кислорода 2, а затем нуклеофильная атака углеродом 3 по фосфору. Примечательно, что конфигурация сохраняется у фосфора, т.е. углерод 3 PPR присоединяется к той же стороне фосфора, из которой был удален кислород 2 PEP; это было бы маловероятно для неферментативного диссоциативного механизма, но поскольку реакционноспособный промежуточный продукт сильно взаимодействует с аминокислотами и ионами магния активного центра, этого следует ожидать в присутствии ферментативного катализа.

Остатки в петле гейтирования активного центра, особенно Lys120, Asn122 и Leu124, также, по-видимому, взаимодействуют с субстратом и реактивным промежуточным продуктом; эти взаимодействия объясняют, почему петля переходит в закрытую конформацию при связывании с субстратом.

Биологическая функция

Поскольку фосфоенолпируватмутаза обладает необычной способностью образовывать новую связь углерод-фосфор, она важна для синтеза фосфонаты, Такие как фосфонолипиды и антибиотики фосфомицин и биалафос. Образование этой связи весьма термодинамически невыгодно; даже несмотря на то, что PEP представляет собой фосфатное соединение с очень высокой энергией, равновесие при взаимном превращении PEP-PPR все же благоприятствует PEP.^[1] Фермент фосфонопируватдекарбоксилаза представляет собой решение этой проблемы: он катализирует очень термодинамически благоприятное декарбоксилирование PPR, и образующийся 2-фосфоноацетальдегид затем превращается в биологически полезные фосфонаты. Это позволяет реакции фосфонолпирувата протекать в прямом направлении из-за Принцип Ле Шателье. В результате декарбоксилирования продукт быстро удаляется, и, таким образом, реакция продвигается вперед, даже если реагента было бы гораздо больше, чем продукта, если бы системе позволяли достичь равновесия самой.

Фермент карбоксифосфоенолпируват фосфономутаза выполняет аналогичную реакцию, превращая п-карбоксифосфоенолпируват в фосфинопируват и углекислый газ. [2] ^[6]

Рекомендации