오로티딘 5'-인산염 데카복실라아제

Orotidine 5'-phosphate decarboxylase
오로티딘-5'-인산염 데카복실라아제
OMP decarboxylase.png
대장균 OMP 데카복실라아제.[1]
식별자
EC 번호4.1.1.23
CAS 번호.9024-62-8
데이터베이스
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진 온톨로지아미고 / 퀵고

오로티딘 5'-인산염 데카복실라아제(OMP 데카르복실라제) 또는 오로티딜산 데카복실라아제는 피리미딘 생합성에 관여하는 효소다.오로티딘 모노인산염(OMP)의 데카복시화를 촉매해 우리딘 모노인산염(UMP)을 형성한다.이 효소의 기능은 피리미딘 뉴클레오티드 우리딘 3인산염, 시티딘 3인산염, 티미딘 3인산염의 디노보 생합성에 필수적이다.OMP 데카복실라아제는 극단적인 촉매 효율과 효모 변형률 공학 선택 표식기로서의 유용성이 입증되었기 때문에 과학 조사의 빈번한 대상이 되어 왔다.null

OMP decarboxylase에 의해 촉매화된 반응도

카탈루션

OMP 데카복실라제는 분석되지 않은 반응률을 10배17 이상 가속시킬 수 있는 매우 효율적인 촉매로 알려져 있다.이를 위해 반응제 절반을 제품으로 전환하는데 7800만년이 걸리는 무산정 반응은 OMP 데카르복실라아제에 의해 촉매화되면 18밀리초로 빨라진다.[2]이러한 극도의 효소 효율성은 OMP 데카르복실라제는 공효소를 사용하지 않고 금속 부위나[3] 보형물 그룹을 포함하지 않기 때문에 특히 흥미롭다.[4]카탈루션은 효소의 활성 부위 내에 위치한 소수의 충전된 아미노산 잔류물에 의존한다.null

억제제 BMP에 바인딩되었을 때 OMP 데카복실라제의 활성 부위의 구조를 나타내는 이미지. 기질의 6-히드로실 주위에 있는 라이스 및 아스프 잔류물을 참고하십시오.(1LOR 결정 구조의 피몰 뷰어 스냅샷에서 캡처한 이미지)[5]

OMP 데카복실라제가 그 반응을 촉진시키는 정확한 메커니즘은 엄격한 과학적 조사의 대상이 되어왔다.피리미딘 링의 C6에 연결된 카복실 손실의 원동력은 효소의 활성 부위에서 아스파레이트 잔류 카복실 그룹이 근접하게 접근하여, 분석되지 않은 반응의 전환 상태에 비해 지상 상태를 불안정화시킨다.최종 산출물을 산출하기 위해 C6 탄소의 양성화가 일어나기 전에 전환 상태가 어떤 형태를 취하느냐에 대한 여러 가지 가설이 있어 왔다.많은 연구가 활성 사이트 내에서 OMP 데카복실라아제, 6-히드록시 우리딘 모노인산(BMP, 바비투르산 유도체)의 잠재적 억제제 결합을 조사하여 어떤 필수 아미노산 잔류물이 전환 상태의 안정화에 직접 관여하는지 규명하였다.(BMP에 바인딩된 효소의 그림 참조) OMP의 효소 디카복시화를 위한 여러 메커니즘이 제안되었는데, 여기에는 중간으로서 zwitterionic 종을 형성하기 위한 O2에서의 양성화,[6] O4의 음이온 [7]안정화 또는 C5에서의 핵포실화 공격 등이 포함된다.[8]현재의 합의는 이 메커니즘이 이산화탄소 손실 후 C6에서 안정화된 카르바니온을 통해 진행된다는 것을 시사한다.이 메커니즘은 경쟁 억제 및 활성 사이트 돌연변이 유발과 관련하여 운동 동위원소 효과를 조사하는 연구에서 제안되었다.[9][10][11][12]이 메커니즘에서 단명 카르바니온 종은 양성자에 의해 가라앉기 전에 근처의 리신 잔여물에 의해 안정된다.(촉매 메커니즘의 개략도 참조)전자 안정화의 혜택을 받지 못하는 고도로 기초적인 비닐 카르바니온의 매개체는 효소 시스템과 일반적으로 생물학적 시스템에서는 드물다.놀랍게도, 그 효소 마이크로 환경은 카르바니온을 안정시키는데 도움을 준다.효소 결합 카르바니온 중간의 pK는aH 중수소 교환 연구에 근거하여 22 이하로 측정되었다.여전히 기초가 매우 높은 반면, 자유 카르바니온 중간의 해당 pK는aH 30-34(유사한 1,3-디메틸루라실 측정 기준) 정도로 훨씬 높을 것으로 추정되어 효소가 카르바니온을 최소한 14kcal/mol 안정화시킨다는 결론이 나온다.[12]null

C6 위치에서 삽입형 비닐 카르바니온을 통한 OMP 데카복실라제 촉매의 메커니즘을 보여주는 반응 개략도.이 카르바니온은 근처의 양성자 리신 잔류물에 의해 안정될 가능성이 있다.Lys93 및 Asp91 잔류물 번호 매기는 S 세레비시아에서 OMP 데카르복실라아제의 순서에 해당한다.[13]

VS UMP 싱타아제

효모와 박테리아에서 OMP 데카복실라아제는 단기능 효소다.그러나 포유류에서 OMP 데카복실라제는 두 가지 촉매 작용을 하는 단일 단백질의 일부분이다.This bifunctional enzyme is named UMP synthase and it also catalyzes the preceding reaction in pyrimidine nucleotide biosynthesis, the transfer of ribose 5-phosphate from 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate to orotate to form OMP. In organisms utilizing OMP decarboxylase, this reaction is catalyzed by orotate phosphoribosyltransferase.[14]null

효모유전학의 중요성

효모(URA3)에서 OMP 데카복실라아제(OMP decarboxylase)를 인코딩하는 유전자 돌연변이는 우라실에서의 보조생성으로 이어진다.또한, OMP 디카복실라제는 분자 5-불화탄산(5-FOA)에 민감한 효모 균주를 렌더링한다.[15]URA3 유전자가 양성 선택 전략과 음성 선택 전략을 모두 갖춘 선택 표식기로서 확립됨으로써 OMP 데카르복실라제의 제어된 발현이 효모 유전학 연구를 위한 유의미한 실험실 도구가 되었다.null

참고 항목

참조

  1. ^ PDB: 1EIX;Harris P, Navarro Poulsen JC, Jensen KF, Larsen S (April 2000). "Structural basis for the catalytic mechanism of a proficient enzyme: orotidine 5'-monophosphate decarboxylase". Biochemistry. 39 (15): 4217–24. doi:10.1021/bi992952r. PMID 10757968.
  2. ^ Radzicka A, Wolfenden R (January 1995). "A proficient enzyme". Science. 267 (5194): 90–3. doi:10.1126/science.7809611. PMID 7809611.
  3. ^ Miller BG, Smiley JA, Short SA, Wolfenden R (August 1999). "Activity of yeast orotidine-5'-phosphate decarboxylase in the absence of metals". J. Biol. Chem. 274 (34): 23841–3. doi:10.1074/jbc.274.34.23841. PMID 10446147.
  4. ^ Miller BG, Wolfenden R (2002). "Catalytic proficiency: the unusual case of OMP decarboxylase". Annu. Rev. Biochem. 71: 847–85. doi:10.1146/annurev.biochem.71.110601.135446. PMID 12045113.
  5. ^ Wu N, Pai EF (August 2002). "Crystal structures of inhibitor complexes reveal an alternate binding mode in orotidine-5'-monophosphate decarboxylase". J. Biol. Chem. 277 (31): 28080–7. doi:10.1074/jbc.M202362200. PMID 12011084.
  6. ^ Beak P, Siegel B (1976). "Mechanism of decarboxylation of 1,3-dimethylorotic acid. A model for orotidine 5'-phosphate decarboxylase". J Am Chem Soc. 98 (12): 3601–6. doi:10.1021/ja00428a035. PMID 1270703.
  7. ^ Lee JK, Houk KN (May 1997). "A proficient enzyme revisited: the predicted mechanism for orotidine monophosphate decarboxylase". Science. 276 (5314): 942–5. doi:10.1126/science.276.5314.942. PMID 9139656.
  8. ^ Silverman, R.B.; Groziak, M.P. (1982). "Model Chemistry for a Covalent Mechanism of Action of Orotidine 5'-Phosphate Decarboxylase". J. Am. Chem. Soc. 104 (23): 6434–6439. doi:10.1021/ja00387a047.
  9. ^ Lee, Jeehiun K; Tantillo, Dean J (2004-06-25). Orotidine Monophosphate Decarboxylase: A Mechanistic Dialogue. ISBN 9783540205661.
  10. ^ Richavy MA, Cleland WW (2000). "Determination of the Mechanism of Orotidine 5'-Monophosphate Decarboxylase by Isotope Effects". Biochemistry. 39 (16): 4569–4574. doi:10.1021/bi000376p. PMID 10769111.
  11. ^ Toth K, Amyes TL, Wood BM, Chan K, Gerlt JA, Richard JP (October 2007). "Product Deuterium Isotope Effect for Orotidine 5'-Monophosphate Decarboxylase: Evidence for the Existence of a Short-Lived Carbanion Intermediate". J. Am. Chem. Soc. 129 (43): 12946–7. doi:10.1021/ja076222f. PMC 2483675. PMID 17918849.
  12. ^ a b Amyes TL, Wood BM, Chan K, Gerlt JA, Richard JP (February 2008). "Formation and Stability of a Vinyl Carbanion at the Active Site of Orotidine 5′-Monophosphate Decarboxylase: pKa of the C-6 Proton of Enzyme-Bound UMP". J. Am. Chem. Soc. 130 (5): 1574–5. doi:10.1021/ja710384t. PMC 2652670. PMID 18186641.
  13. ^ Van Vleet JL, Reinhardt LA, Miller BG, Sievers A, Cleland WW (January 2008). "Carbon isotope effect study on orotidine 5'-monophosphate decarboxylase: support for an anionic intermediate". Biochemistry. 47 (2): 798–803. doi:10.1021/bi701664n. PMID 18081312.
  14. ^ Yablonski MJ, Pasek DA, Han BD, Jones ME, Traut TW (1996). "Intrinsic activity and stability of bifunctional human UMP synthase and its two separate catalytic domains, orotate phosphoribosyltransferase and orotidine-5'-phosphate decarboxylase". J Biol Chem. 271 (18): 10704–10708. doi:10.1074/jbc.271.18.10704. PMID 8631878.
  15. ^ Boeke JD, LaCroute F, Fink GR (1984). "A positive selection for mutants lacking orotidine-5'-phosphate decarboxylase activity in yeast: 5-fluoro-orotic acid resistance". Mol Gen Genet. 197 (2): 345–346. doi:10.1007/BF00330984. PMID 6394957.