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Amidofosforribosiltransferasa

La amidofosforribosiltransferasa (ATasa), también conocida como glutamina fosforribosilpirofosfato amidotransferasa (GPAT), es una enzima encargada de catalizar la conversión de 5-fosforribosil-1-pirofosfato (PRPP) en 5-fosforribosil-1-amina (PRA), utilizando el grupo amino . de una cadena lateral de glutamina . Este es el paso decisivo en la síntesis de novo de purinas . En humanos está codificado por el gen PPAT (fosforribosil pirofosfato amidotransferasa) . [5] [6] La ATasa es un miembro de la familia de purina/pirimidina fosforribosiltransferasa .

Estructura y función

La enzima consta de dos dominios: un dominio de glutaminasa que produce amoníaco a partir de glutamina mediante hidrólisis y un dominio de fosforribosiltransferasa que une el amoníaco a la ribosa-5-fosfato. [7] La ​​coordinación entre los dos sitios activos de la enzima le confiere una complejidad especial.

El dominio glutaminasa es homólogo a otras hidrolasas de nucleófilos N-terminales (Ntn) [7], como la carbamoil fosfato sintetasa (CPSasa). Nueve residuos invariantes entre las secuencias de todas las Ntn amidotransferasas desempeñan funciones catalíticas, de unión a sustrato o estructurales clave. Un residuo de cisteína terminal actúa como nucleófilo en la primera parte de la reacción, de forma análoga a la cisteína de una tríada catalítica . [7] [8] El extremo N libre actúa como base para activar el nucleófilo y protonar el grupo saliente en la reacción hidrolítica, en este caso el amoníaco. Otro aspecto clave del sitio catalítico es un agujero de oxianión que cataliza el intermedio de la reacción, como se muestra en el mecanismo siguiente. [9]

El dominio PRTasa es homólogo a muchas otras PRTasas implicadas en la síntesis de nucleótidos de purina y en las vías de recuperación . Todas las PRTasas implican el desplazamiento de pirofosfato en PRPP por una variedad de nucleófilos. [10] ATasa es la única PRTasa que tiene amoníaco como nucleófilo. [7] El pirofosfato del PRPP es un excelente grupo saliente, por lo que se necesita poca asistencia química para promover la catálisis. Más bien, la función principal de la enzima parece ser reunir adecuadamente a los reactivos y prevenir reacciones incorrectas, como la hidrólisis. [7]

Además de tener sus respectivas capacidades catalíticas, los dos dominios también se coordinan entre sí para garantizar que todo el amoníaco producido a partir de la glutamina se transfiera al PRPP y que ningún otro nucleófilo distinto del amoníaco ataque al PRPP. Esto se logra principalmente bloqueando la formación de amoníaco hasta que se une el PRPP y canalizando el amoníaco al sitio activo PRTasa. [7]

La activación inicial de la enzima por el PRPP es causada por un cambio conformacional en un "bucle de glutamina", que se reposiciona para poder aceptar glutamina. Esto da como resultado un valor de Km 200 veces mayor para la unión de glutamina [11] Una vez que la glutamina se ha unido al sitio activo, otros cambios conformacionales llevan el sitio a la enzima, haciéndolo inaccesible. [7]

Estos cambios conformacionales también dan como resultado la formación de un canal de amoníaco de 20 Å de largo, una de las características más llamativas de esta enzima. Este canal carece de sitios de enlace de hidrógeno, para asegurar una fácil difusión del amoníaco de un sitio activo al otro. Este canal asegura que el amoníaco liberado por la glutamina llegue al sitio catalítico de la PRTasa y se diferencia del canal de la CPSasa [12] en que es hidrófobo en lugar de polar y transitorio en lugar de permanente. [7]

Mecanismo de reacción

La reacción general catalizada por ATase es la siguiente:

PRPP + glutamina → PRA + glutamato + PPi

Dentro de la enzima, la reacción se divide en dos semirreacciones que ocurren en diferentes sitios activos :

  1. glutamina → NH
    3    + glutamato
  2. PRPP + NH
    3    → PRA + PPi

La primera parte del mecanismo ocurre en el sitio activo del dominio glutaminasa y libera un grupo amoníaco de la glutamina mediante hidrólisis. Luego, el amoníaco liberado por la primera reacción se transfiere al sitio activo del dominio fosforribosiltransferasa a través de un canal de 20 Å, donde luego se une al PRPP para formar PRA.

Regulación

En un ejemplo de inhibición por retroalimentación , la ATasa es inhibida principalmente por los productos finales de la vía de síntesis de purinas, AMP , GMP , ADP y GDP . [7] Cada subunidad enzimática del homotetrámero tiene dos sitios de unión para estos inhibidores. El sitio alostérico (A) se superpone con el sitio para la ribosa-5-fosfato de PRPP, mientras que el sitio catalítico (C) se superpone con el sitio para el pirofosfato de PRPP. [7] La ​​unión de pares de nucleótidos específicos a los dos sitios da como resultado una inhibición sinérgica más fuerte que la inhibición aditiva. [7] [13] [14] La inhibición se produce a través de un cambio estructural en la enzima donde el bucle flexible de glutamina se bloquea en una posición abierta, impidiendo la unión del PRPP. [7]

Debido a la labilidad química del PRA, que tiene una vida media de 38 segundos a pH 7,5 y 37 °C, los investigadores han sugerido que el compuesto se canaliza desde la amidofosforribosiltransferasa a la GAR sintetasa in vivo . [15]

Mapa de ruta interactivo

Haga clic en genes, proteínas y metabolitos a continuación para vincular a los artículos respectivos. [§ 1]

  1. ^ El mapa de ruta interactivo se puede editar en WikiPathways: "FluoropyrimidineActivity_WP1601".

Galería

Referencias

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl lanzamiento 89: ENSG00000128059 - Ensembl , mayo de 2017
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl lanzamiento 89: ENSMUSG00000029246 - Ensembl , mayo de 2017
  3. ^ "Referencia humana de PubMed:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  4. ^ "Referencia de PubMed del ratón:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  5. ^ "Entrez Gene: fosforribosil pirofosfato amidotransferasa".
  6. ^ Brayton KA, Chen Z, Zhou G, Nagy PL, Gavalas A, Trent JM, Deaven LL, Dixon JE, Zalkin H (febrero de 1994). "Dos genes para la síntesis de novo de nucleótidos de purina en el cromosoma 4 humano están estrechamente vinculados y se transcriben de manera divergente". La Revista de Química Biológica . 269 ​​(7): 5313–21. doi : 10.1016/S0021-9258(17)37689-5 . PMID  8106516.
  7. ^ abcdefghijkl Smith JL (diciembre de 1998). "Glutamina PRPP amidotransferasa: instantáneas de una enzima en acción". Opinión actual en biología estructural . 8 (6): 686–94. doi :10.1016/s0959-440x(98)80087-0. PMID  9914248.
  8. ^ Smith JL, Zaluzec EJ, Wery JP, Niu L, Switzer RL, Zalkin H, Satow Y (junio de 1994). "Estructura de la enzima reguladora alostérica de la biosíntesis de purinas". Ciencia . 264 (5164): 1427-1433. Código Bib : 1994 Ciencia... 264.1427S. doi : 10.1126/ciencia.8197456. PMID  8197456.
  9. ^ "Descripción general de la entrada MACiE M0214". EMBL-EBI. Archivado desde el original el 2 de abril de 2015 . Consultado el 10 de marzo de 2015 .
  10. ^ Música WD (1981). "Características estructurales de las fosforribosiltransferasas y su relación con los trastornos por deficiencia humana del metabolismo de purinas y pirimidinas". Reseñas críticas del CRC en bioquímica . 11 (1): 1–34. doi :10.3109/10409238109108698. PMID  7030616.
  11. ^ Kim JH, Krahn JM, Tomchick DR, Smith JL, Zalkin H (junio de 1996). "Estructura y función del sitio glutamina fosforribosilpirofosfato amidotransferasa glutamina y comunicación con el sitio fosforribosilpirofosfato". La Revista de Química Biológica . 271 (26): 15549–15557. doi : 10.1074/jbc.271.26.15549 . PMID  8663035.
  12. ^ Thoden JB, Holden HM, Wesenberg G, Raushel FM, Rayment I (mayo de 1997). "Estructura de la carbamoil fosfato sintetasa: un viaje de 96 A desde el sustrato al producto". Bioquímica . 36 (21): 6305–6316. CiteSeerX 10.1.1.512.5333 . doi :10.1021/bi970503q. PMID  9174345. 
  13. ^ Chen S, Tomchick DR, Wolle D, Hu P, Smith JL, Switzer RL, Zalkin H (septiembre de 1997). "Mecanismo de regulación sinérgica del producto final de la glutamina fosforribosilpirofosfato amidotransferasa de Bacillus subtilis por nucleótidos". Bioquímica . 36 (35): 10718–10726. doi :10.1021/bi9711893. PMID  9271502.
  14. ^ Zhou G, Smith JL, Zalkin H (marzo de 1994). "La unión de nucleótidos de purina a dos sitios reguladores da como resultado una inhibición por retroalimentación sinérgica de la glutamina 5-fosforribosilpirofosfato amidotransferasa". La Revista de Química Biológica . 269 ​​(9): 6784–6789. doi : 10.1016/S0021-9258(17)37444-6 . PMID  8120039.
  15. ^ Antle VD, Liu D, McKellar BR, Caperelli CA, Hua M, Vince R (1996). "Especificidad de sustrato de la glicinamida ribonucleótido sintetasa del hígado de pollo". La Revista de Química Biológica . 271 (14): 8192–5. doi : 10.1074/jbc.271.14.8192 . PMID  8626510.

Otras lecturas

enlaces externos

Este artículo incorpora texto de la Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos , que se encuentra en el dominio público .