| enzym NADP-malik | |
|---|---|
| Identifikátory | |
| Kód KF | 1.1.1.40 |
| Číslo CAS | 9028-47-1 |
| Enzymové databáze | |
| IntEnz | pohled IntEnz |
| BRENDA | Vstup BRENDA |
| ExPASy | NiceZyme pohled |
| MetaCyc | metabolická dráha |
| KEGG | Vstup do KEGG |
| PRIAM | profil |
| Struktury PNR | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsoučet |
| Genová ontologie | AmiGO • EGO |
| Vyhledávání | |
| PMC | články |
| PubMed | články |
| NCBI | NCBI proteiny |
| CAS | 9028-47-1 |
NADP-dependentní dekarboxylace malátdehydrogenáza nebo NADP-jablečný enzym ( NADP-ME ) je enzym , který katalyzuje chemickou reakci v přítomnosti iontů dvojmocných kovů:
(S)-malát + NADP + -> pyruvát + CO 2 + NADPHEnzym využívá (S)-malát a NADP + jako substrát , reakcí vzniká pyruvát , oxid uhličitý a NADPH . Během reakce se malát oxiduje na pyruvát a CO 2 a NADP + se redukuje na NADPH.
Enzym patří do rodiny oxidoreduktáz nebo spíše k enzymům, které interagují se skupinou CH-OH donoru a používají NAD + nebo NADP + jako akceptor . Systematický název tohoto enzymu je: (S)-malát: NADP + oxidoreduktáza (oxalacetát dekarboxyláza) . Malátdehydrogenáza se účastní metabolismu pyruvátu a sekvestrace uhlíku . Enzym NADP-malik je jedním ze tří dekarboxylačních enzymů podílejících se na koncentraci anorganického uhlíku v rostlinách C4 a CAM . Do této třídy také patří NAD-malik-enzym a PEP-karboxykináza . [1] Přestože často převažuje jedna ze tří fotosyntetických dekarboxyláz, může dojít i k současné aktivaci aktivity všech tří enzymů [3] .
Na základě krystalografických dat homologního savčího jablečného enzymu závislého na NADP byl vyvinut 3D model NADP-ME zapojený do dráhy C4 v rostlinách k identifikaci hlavních zbytků odpovědných za vazbu substrátu během katalýzy. Vazebné místo NADP + zahrnuje dva motivy bohaté na glycin , GXGXXG, hydrofobní drážku s alespoň šesti aminokyselinovými zbytky a záporně nabitý zbytek na konci ß řetězce. [4] [5] Primární sekvence prvního motivu, 240 GLGDLG 245 , je konsenzuální marker pro vazbu fosfátů, což naznačuje zapojení NADP + do vazby, další motivy bohaté na glycin přebírají klasický Rossmannův záhyb — také typický marker pro Vazba kofaktoru NADP . [6]
NADP-ME deficitní rostliny kukuřice získané umělou mutagenezí potvrzují navržený molekulárně biologický model. Nahrazení valinu glycinem kdekoli v motivu vede k úplné inaktivaci enzymu. Zároveň spektrální analýza nevykazuje významné rozdíly od formy divokého typu. Data naznačují poruchy v hlavním zbytku podílejícím se na vazbě a katalýze, a nikoli v interdoménovém zbytku ovlivňující konformační stabilitu. Důležitou roli hraje argininový zbytek na pozici 237, interagující s malátem a NADP + , podílí se na vzniku elektrostatické interakce s negativně nabitou karboxylovou skupinou kyseliny a fosfátovou skupinou nukleotidu. Není známo, zda tento zbytek hraje důležitou roli ve vazebných interakcích substrátu nebo určuje polohu substrátu během katalýzy. [7] Předpokládá se, že lysinový zbytek na pozici 255 působí jako katalytická báze . K přesnému stanovení jeho biochemické role jsou však zapotřebí další studie.
Pokud vezmeme v úvahu tuto třídu enzymů obecně, pak se enzymy malik nacházejí v mnoha eukaryotických organismech (od hub po savce). Je ukázána lokalizace enzymů na subcelulární úrovni. Enzym Malik je přítomen v cytosolu , mitochondriích a chloroplastech . Zejména v rostlinách C4 je NADP-ME lokalizován v chloroplastech buněk, které pokrývají vodivý svazek .
Během C 4 fotosyntézy - biochemická dráha, která vznikla za účelem koncentrace CO 2 v místě jeho fixace RuBisCO - oxid uhličitý vstupuje do mezofylových buněk a tvoří oxaloacetát . Poté se oxaloacetát redukuje na malát. Malát je transportován do výstelkových buněk, kde podléhá dekarboxylaci za účasti NADP-ME. Protože malát vstupuje do jedné buňky pochvy z několika buněk mezofylu, výsledkem je koncentrace oxidu uhličitého v místě jeho fixace RuBisCo . [osm]
Roli NADP-ME v koncentraci oxidu uhličitého potvrzuje studie provedená na transgenních rostlinách. Transgenní rostliny s částečnou ztrátou funkce NADP-ME (40 % aktivity NADP-ME divokého typu) vykazovaly významný pokles fixace CO 2 i při vysokých hladinách mezibuněčného oxidu uhličitého. To ukazuje na důležitost NADP-ME v regulaci toku uhlíku směrem ke Calvinově cyklu .
Ukázalo se, že exprese NADP-ME je regulována abiotickými stresovými faktory . Rostliny CAM v podmínkách sucha se vyznačují uzavřením průduchů, aby se zabránilo ztrátě vody odpařováním , což vede k hladovění CO 2 . Tento proces je kompenzován skutečností, že uzavření průduchů aktivuje translaci NADP-ME, která zase během krátkých období absorpce CO2 zvyšuje účinnost absorpce CO2 a umožňuje tak fixaci uhlíku .
Kromě dlouhodobé regulace enzymu prostřednictvím změn v genové expresi existuje krátkodobá regulace, která může být zprostředkována alosterickými mechanismy. Ukázalo se, že pro částečnou inhibici C4 NADP-ME substrátu musí malát pravděpodobně mít dvě nezávislá vazebná místa: jedno v aktivním místě a druhé je alosterické. Inhibiční účinek je však závislý na pH a objevuje se pouze při pH = 7, ale ne 8. Pozorování změny enzymové aktivity v závislosti na změně pH je v souladu s hypotézou, že NADP-ME je aktivní během fotosyntézy : světelné reakce vedou ke zvýšení bazicity ve stromatu chloroplastu - lokalizace NADP-ME, což vede ke snížení inhibičního účinku malátu na NADP-ME, čímž přispívá ke zvýšení reaktivity enzymu. Naopak zpomalení světelných reakcí vede ke zvýšení kyselosti média ve stromatu, což způsobuje inhibici NADP-ME malátem. Potřeba regulačního mechanismu se vysvětluje skutečností, že reakce Calvinova cyklu vyžadují vysokoenergetické produkty světelné fáze NADPH a ATP , a proto proces akumulace CO2 bez těchto produktů není užitečný.
Pro tento protein lze použít morfinový model alosterické regulace .
Enzym NADP-malik, stejně jako všechny ostatní C4 dekarboxylázy, nebyl vyvinut de novo , aby napomáhal fixaci CO2 pomocí RuBisCo . Je nejpravděpodobnější, že NADP-ME byl transformován z C3 druhů během fotosyntézy , ale je také možný dřívější původ ze starověkého cytosolického předka . V cytosolu enzym existoval jako série "domácích" izoforem navržených k provádění různých funkcí, včetně udržování hladin malátu během hypoxie , odstraňování mikrospor a ochrany proti patogenům . Pokud jde o mechanismus evoluce, má se za to, že funkčnost C4 byla způsobena chybou v oblastech promotoru při duplikaci genu, což vedlo k jeho nadměrné expresi v kódující oblasti v buňkách pochvy, což vede k neofunkcionalizaci . Volba ve prospěch zachování funkce fixace CO 2 a také zvýšeného využití vody a dusíku ve stresových podmínkách byla způsobena evolučním tlakem.
Bylo zjištěno, že v průběhu evoluce enzym získal několik klíčových funkčních vlastností, zejména: zvýšenou katalytickou aktivitu, tetramerní strukturu a schopnost inhibice v závislosti na pH vlastním substrátem, malátem [9] . Místně řízená mutageneze spolu s rozlišením krystalové struktury C4 - NADP -ME z čiroku a kukuřice umožnila identifikaci řady aminokyselinových zbytků, které poskytují tyto funkce: