Aspartoacylaza - Aspartoacylase
Aspartoacylaza | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identyfikatory | |||||||||
Nr WE | 3.5.1.15 | ||||||||
Bazy danych | |||||||||
IntEnz | Widok IntEnz | ||||||||
BRENDA | Wpis BRENDY | ||||||||
ExPASy | Widok NiceZyme | ||||||||
KEGG | Wpis KEGG | ||||||||
MetaCyc | szlak metaboliczny | ||||||||
PRIAM | profil | ||||||||
Struktury WPB | RCSB PDB PDBe Suma PDB | ||||||||
|
Aspartoacylaza jest enzymem hydrolazy ( EC 3.5. 1.15 , aminoacylaza II , amidohydrolaza N- acetyloasparaginianowa , deaminaza acetylo- asparaginowa , acylaza II , ASPA ) , który u ludzi jest kodowany przez gen ASPA . ASPA jest odpowiedzialna za katalizowanie deacylowania N -acetylo-1-asparaginianu ( N-acetyloasparaginianu) na asparaginian i octan . Jest to hydrolaza zależna od cynku, która promuje deprotonację wody do wykorzystania jako nukleofil w mechanizmie analogicznym do wielu innych hydrolaz zależnych od cynku. Najczęściej występuje w mózgu , gdzie kontroluje poziom N-aktetyl-l-asparaginianu. Mutacje powodujące utratę aktywności aspartoacylazy są związane z chorobą Canavana , rzadkim autosomalnym recesywnym zaburzeniem neurodegeneracyjnym .
Struktura
Aspartoacylaza jest dimerem dwóch identycznych monomerów składających się z 313 aminokwasów i w każdym z nich wykorzystuje kofaktor cynkowy. W każdym monomerze istnieją dwie odrębne domeny: domena N-końcowa z reszt 1-212 i domena C-końcowa z reszt 213-313. Domena N-końcowa aspartoacylase jest podobny do zależnych od cynku hydrolaz, takie jak carboxypeptidaseA . Jednak karboksypeptydazy nie mają czegoś podobnego do domeny C. W karboksypeptydazie A miejsce aktywne jest dostępne dla dużych substratów, takich jak obszerna reszta C-końcowa polipeptydów , podczas gdy domena C sterycznie utrudnia dostęp do miejsca aktywnego w aspartoacylazie. Zamiast tego, domena N i domena C aspartoacylazy tworzą głęboki wąski kanał, który prowadzi do miejsca aktywnego.
Kofaktor cynku znajduje się w miejscu aktywnym i jest utrzymywany przez Glu-24, His-21 i His 116. Substrat jest utrzymywany w miejscu przez Arg-63, Asn-70, Arg-71, Tyr-164, Arg- 168 i Tyr-288. Kofaktor cynku stosuje się w celu obniżenia wartości pKa z ligacji wody, tak, że może dojść do ataku na N-acetylo-L-asparaginowego i stabilizacji otrzymany tetraedrycznego produktu pośredniego razem z Arg-63 i Glu-178.
Mechanizm
Istnieją dwa rodzaje możliwych mechanizmów hydrolaz zależnych od cynku, w zależności od tego, jaki jest nukleofil . Pierwsza wykorzystuje wodę deprotonowaną, a druga atakuje asparaginianem lub glutaminianem, tworząc najpierw bezwodnik . Aspartoacylaza podąża za mechanizmem deprotonowanej wody. Cynk obniża pKa zligowanej cząsteczki wody, a reakcja przebiega poprzez atak na N-acetylo-1-asparaginian, gdy cząsteczka wody jest deprotonowana przez Glu-178. Prowadzi to do tetraedrycznego związku pośredniego, który jest stabilizowany przez cynk, Arg-63 i Glu-178. Na koniec karbonyl jest następnie reformowany, wiązanie z azotem zostaje zerwane, a azot jest protonowany przez proton pobrany przez Glu-178, wszystko w jednym skoordynowanym etapie.
Funkcja biologiczna
Aspartoacylaza jest używana do metabolizowania N-acetylo-L-asparaginianu poprzez katalizowanie jego deacylacji. Aspartoacylaza zapobiega gromadzeniu się N-acetylo-L-asparaginianu w mózgu. Uważa się, że kontrolowanie poziomu N-acetylo-L-asparaginianu jest niezbędne do rozwoju i utrzymania istoty białej . Nie wiadomo, dlaczego w mózgu wytwarza się tak dużo N-acetylo-L-asparaginianu, ani jaka jest jego podstawowa funkcja. Istnieje jednak hipoteza, że jest on potencjalnie wykorzystywany jako rezerwuar chemiczny, który można wykorzystać do octanu do syntezy acetylo-CoA lub asparaginianu do syntezy glutaminianu . W ten sposób N-acetylo-L-asparaginian może być użyty do transportu tych cząsteczek prekursorowych , a aspartoacylaza jest używana do ich uwalniania. Na przykład, N-acetylo-L-asparaginian wytwarzany w neuronach może być transportowany do oligodendrocytów, a uwolniony octan może być wykorzystany do syntezy mieliny . Inna hipoteza głosi, że N-acetylo-L-asparaginian jest niezbędnym osmolitem, który działa jak molekularna pompa wodna, która pomaga utrzymać właściwą równowagę płynów w mózgu.
Istotność choroby
Jako przyczynę choroby Canavana zidentyfikowano mutacje, które prowadzą do utraty aktywności aspartoacylazy . Choroba Canavana jest rzadką chorobą autosomalną recesywną , która powoduje gąbczastą degenerację istoty białej w mózgu i poważne opóźnienie psychoruchowe, zwykle prowadzące do śmierci w młodym wieku. Utrata aktywności aspartoacylazy prowadzi do gromadzenia się N-acetylo-L-asparaginianu w mózgu i wzrostu stężenia w moczu nawet o 60-krotność normalnego poziomu. Chociaż dokładny mechanizm tego, w jaki sposób utrata aktywności aspartoacylazy prowadzi do choroby Canavana, nie jest w pełni zrozumiały, istnieją dwa główne sprzeczne wyjaśnienia. Po pierwsze, prowadzi to do wadliwej syntezy mieliny z powodu niedoboru acetylo-CoA pochodzącego z produktu octanowego. Innym wyjaśnieniem jest to, że podwyższone poziomy N-acetylo-1-asparaginianu zakłócają jego prawidłowy mechanizm osmoregulacyjny mózgu , prowadząc do nierównowagi osmotycznej.
Istnieje ponad 70 zgłoszonych mutacji tego enzymu, ale najczęstsze to podstawienia aminokwasów E285A i A305E. E285A zmniejsza aktywność aspartoacylazy do zaledwie 0,3% jej normalnej funkcji i występuje w 98% przypadków z żydowskim pochodzeniem aszkenazyjskim . Mutacja A305E występuje u około 40% nieżydowskich pacjentów i zmniejsza aktywność do około 10%. Spośród tych dwóch mutacji przyjęto strukturę krystaliczną mutanta E285A, wykazując, że utrata wiązania wodorowego z glutaminianu prowadzi do zmiany konformacyjnej, która zniekształca miejsce aktywne i zmienia wiązanie substratu, prowadząc do znacznie niższej aktywności katalitycznej.
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- aspartoacylaza w amerykańskiej National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- Przegląd wszystkich informacji strukturalnych dostępnych w PDB dla UniProt : P45381 (Aspartoacylase) w PDBe-KB .