| NADP-malik enzim | |
|---|---|
| Azonosítók | |
| KF kód | 1.1.1.40 |
| CAS szám | 9028-47-1 |
| Enzim adatbázisok | |
| IntEnz | IntEnz nézet |
| BRENDA | BRENDA bejegyzés |
| ExPASy | NiceZyme nézet |
| MetaCyc | anyagcsere út |
| KEGG | KEGG bejegyzés |
| PRIAM | profil |
| EKT struktúrák | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Gén-ontológia | AmiGO • EGO |
| Keresés | |
| PMC | cikkeket |
| PubMed | cikkeket |
| NCBI | NCBI fehérjék |
| CAS | 9028-47-1 |
A NADP-függő dekarboxilációs malát-dehidrogenáz vagy NADP-almasav enzim ( NADP-ME ) egy olyan enzim , amely kémiai reakciót katalizál kétértékű fémionok jelenlétében:
(S)-malát + NADP + -> piruvát + CO 2 + NADPHAz enzim (S)-malátot és NADP + -t használ szubsztrátként , a reakció során piruvát , szén-dioxid és NADPH keletkezik . A reakció során a malát piruváttá és CO 2 -dá oxidálódik , a NADP + pedig NADPH -vá redukálódik .
Az enzim az oxidoreduktázok családjába tartozik , vagy inkább azokhoz az enzimekhez, amelyek kölcsönhatásba lépnek a donor CH-OH csoportjával, és NAD +-t vagy NADP + -t használnak akceptorként . Ennek az enzimnek a szisztematikus neve : (S)-malát: NADP + oxidoreduktáz (oxaloacetát-dekarboxiláz) . A malát-dehidrogenáz részt vesz a piruvát metabolizmusában és a szénmegkötésben . A NADP-malik enzim egyike annak a három dekarboxilező enzimnek, amelyek a szervetlen szén koncentrációjában vesznek részt C 4 és CAM növényekben. Ebbe az osztályba tartozik a NAD-malik-enzim és a PEP-karboxikináz is . [1] Bár gyakran a három fotoszintetikus dekarboxiláz egyike van túlsúlyban, mindhárom enzim aktivitásának egyidejű aktiválása is bekövetkezhet [3] .
A homológ emlős NADP-dependens almasav enzim krisztallográfiai adatai alapján a növények C4- útvonalában részt vevő NADP-ME 3D modelljét fejlesztették ki, hogy azonosítsák a katalízis során a szubsztrátkötésért felelős fő maradékokat. A NADP + kötőhely két glicinben gazdag motívumot tartalmaz, a GXGXXG-t, egy hidrofób barázdát, legalább hat aminosavval, és egy negatív töltésű maradékot a ß szál végén. [4] [5] Az első motívum elsődleges szekvenciája , a 240 GLGDLG 245 a foszfátkötés konszenzusos markere, ami arra utal, hogy a NADP + részt vesz a kötődésben, más glicinben gazdag motívumok pedig a klasszikus Rossmann -redőt veszik fel – ez is egy tipikus marker NADP kofaktor kötődés . [6]
A mesterséges mutagenezissel nyert NADP-ME hiányos kukoricanövények megerősítik a javasolt molekuláris biológiai modellt. A valin glicinnel való helyettesítése a motívumban bárhol az enzim teljes inaktiválásához vezet. Ugyanakkor a spektrális elemzés nem mutat szignifikáns eltérést a vad típusú formához képest. Az adatok a kötődésben és a katalízisben részt vevő fő maradékban mutatnak zavarokat, nem pedig a konformációs stabilitást befolyásoló interdomain maradékban. Fontos szerepet játszik a 237-es pozícióban lévő arginin , amely kölcsönhatásba lép a maláttal és a NADP + -val , részt vesz az elektrosztatikus kölcsönhatás kialakításában a sav negatív töltésű karboxilcsoportjával és a nukleotid foszfátcsoportjával. Nem ismert, hogy ez a maradék fontos szerepet játszik-e a szubsztrát-kötő kölcsönhatásokban, vagy meghatározza a szubsztrát helyzetét a katalízis során. [7] Feltételezzük, hogy a 255-ös pozícióban lévő lizin katalitikus bázisként működik . Biokémiai szerepének pontos megállapításához azonban további vizsgálatokra van szükség.
Ha általánosságban tekintjük az enzimek ezen osztályát, akkor a malik enzimek számos eukarióta szervezetben megtalálhatók (a gombáktól az emlősökig). Az enzimek szubcelluláris szinten történő lokalizációja látható. A Malik enzim jelen van a citoszolban , a mitokondriumokban és a kloroplasztiszokban . Különösen a C4 növényekben a NADP-ME a vezető köteget borító sejtek kloroplasztiszaiban lokalizálódik .
A C 4 fotoszintézis során - egy biokémiai folyamat, amely a CO 2 - nek a rögzítésének helyén történő koncentrálásához vezet . A RuBisCO - szén - dioxid belép a mezofil sejtekbe és oxál - acetátot képez . Ezután az oxál-acetát maláttá redukálódik. A malát a béléssejtekbe kerül, ahol a NADP-ME részvételével dekarboxilezésen megy keresztül. Mivel a malát a burok egyik sejtjébe a mezofil több sejtjéből kerül be, az eredmény a szén-dioxid koncentrációja a RuBisCo rögzítésének helyén . [nyolc]
A NADP-ME szerepét a szén-dioxid koncentrációban igazolja egy transzgénikus növényeken végzett vizsgálat. A NADP-ME funkció részleges elvesztésével (a vad típusú NADP-ME aktivitásának 40%-a) rendelkező transzgenikus növényekben még magas intercelluláris szén-dioxid szint mellett is jelentős csökkenést mutattak ki a CO 2 -kötésben. Ez jelzi a NADP-ME fontosságát a Calvin-ciklus felé irányuló szénáramlás szabályozásában .
Kimutatták, hogy a NADP-ME expresszióját az abiotikus stresszfaktorok szabályozzák . Az aszályos CAM növényeket sztómazáródás jellemzi, hogy elkerüljék a párolgásos vízveszteséget , ami CO 2 éhezéshez vezet . Ezt a folyamatot kompenzálja az a tény, hogy a sztómazáródás aktiválja a NADP-ME transzlációt, ami viszont a CO2 felvétel rövid időszakaiban növeli a CO2 felvétel hatékonyságát, így lehetővé teszi a szén rögzítését .
Az enzimnek a génexpresszió változásán keresztül történő hosszú távú szabályozása mellett létezik egy rövid távú szabályozás is, amelyet alloszterikus mechanizmusok közvetíthetnek. Kimutatták, hogy a C4 NADP-ME szubsztrát részleges gátlásához a malátnak feltehetően két független kötőhelye van: az egyik az aktív helyen, a másik pedig allosztérikus. A gátló hatás azonban pH - függő , és csak pH = 7-nél jelentkezik, de nem 8 -nál. Az enzimaktivitás pH -változástól függő változásának megfigyelése összhangban van azzal a hipotézissel, hogy a NADP-ME aktív a fotoszintézis során : fényreakciók vezetnek a bázikusság növekedéséhez a kloroplaszt strómájában - a NADP-ME lokalizációja, ami a malát NADP-ME-re gyakorolt gátló hatásának csökkenéséhez vezet , ezáltal hozzájárulva az enzim reaktivitásának növekedéséhez. Ezzel szemben a fényreakciók lelassulása a tápközeg savasságának növekedéséhez vezet a stromában, ami a NADP-ME malát általi gátlását okozza. A szabályozási mechanizmus szükségességét az magyarázza, hogy a Calvin-ciklus reakcióihoz a könnyű fázis nagy energiájú termékei , a NADPH és az ATP szükséges , és ennek megfelelően a CO 2 felhalmozódási folyamata e termékek nélkül nem hasznos.
Ehhez a fehérjéhez az alloszterikus szabályozás morfin modellje használható .
A NADP-malik enzimet, mint az összes többi C4 -dekarboxilázt, nem de novo fejlesztették ki , hogy segítse a RuBisCo általi CO2-rögzítést . A legvalószínűbb, hogy a NADP-ME a C 3 fajból alakult át a fotoszintézis során , de lehetséges egy korábbi származás is egy ősi citoszolos őstől . A citoszolban az enzim „háztartási” izoformák sorozataként létezett, amelyeket különféle funkciók ellátására terveztek, beleértve a malátszint fenntartását a hipoxia során, a mikrospórák eltávolítását és a kórokozók elleni védelmet . Ami az evolúció mechanizmusát illeti, úgy gondolják, hogy a C4 funkcionalitását a promóterrégiókon belüli hiba okozta a génduplikáció során, ami a buroksejtekben a kódoló régióban túlzott expressziójához vezetett, ami neofunkcionalizációt eredményezett . Az evolúciós nyomásnak köszönhető a választás a CO 2 megkötő funkciójának megtartása mellett , valamint a fokozott víz- és nitrogénfelhasználás stresszes körülmények között.
Megállapítást nyert, hogy az evolúció során az enzim számos kulcsfontosságú funkcionális tulajdonságra tett szert, különösen: megnövekedett katalitikus aktivitás, tetramer szerkezet, valamint saját szubsztrátja, a malát pH-függő gátlási képessége [9] . A helyspecifikus mutagenezis , valamint a C4 - NADP - ME kristályszerkezetének feloldása cirokból és kukoricából , lehetővé tette számos olyan aminosav azonosítását, amelyek ezeket a funkciókat látják el: