Ornitin transkarbamyláza

Ornitintranskarbamyláza ( OTC ) (také nazývaná ornitinkarbamoyltransferáza ) je enzym ( EC kód 2.1.3.3 ), který katalyzuje reakci mezi karbamoylfosfátem (CP) a ornithinem (Orn) za vzniku citrulinu (Cit) a fosfátu ( Pi ). Existují dvě třídy OTC. Tento článek je o anabolických OTC. Anabolické OTC poskytují šestý krok v biosyntéze aminokyseliny argininu v prokaryotech [1] . Také savčí volně prodejné přípravky hrají důležitou roli v cyklu močoviny , jehož účelem je zachytit toxický amoniak a přeměnit jej na močovinu, méně toxický zdroj dusíku , pro vylučování.

Mechanismus reakce

Struktura

OTC je trimerní protein. Na proteinu jsou tři aktivní místa, která se nacházejí v prostoru mezi monomery. Karbamoylfosfátová vazebná doména je na N-konci každého monomeru, zatímco C-konec obsahuje ornithinovou vazebnou doménu. Obě vazebné domény mají podobnou strukturu s centrálním paralelním β-skládaným listem ohraničeným α-helixy a smyčkami [3] . Kromě vazebných domén má OTC smyčky SMG. Uzavřou se a uzavřou vazebné místo, jakmile se oba substráty navážou. SMG znamená Ser-Met-Gly konzervativní aminokyselinový motiv. Po uzavření tyto zbytky interagují s L-ornithinem. Vazba CP indukuje globální konformační změnu, zatímco vazba L-ornithinu pouze indukuje pohyb smyčky SMG k uzavření a izolaci aktivačního místa [4] .

Aktivní stránka

Motiv Ser-Thr-Arg-Thr-Arg z jedné podjednotky a His ze sousední podjednotky interagují s CP fosfátovou skupinou pro vazbu. Primární dusík CP je vázán prostřednictvím zbytků Gln, Cys a Arg. Karbonylový kyslík CP je spojen Thr, Arg a His [6] .

Složení aminokyselin

OTC závody mají největší rozdíl od ostatních OTC. Mají o 50-70% méně zbytků Leu, zatímco zbytků Arg je dvakrát tolik. Počet aminokyselin v OTS se pohybuje od 322 do 340 zbytků. Zvířata mají nejvyšší hustotu Leu, která poskytuje pí pro živočišný enzym 6,8, zatímco rostlinný enzym má pí 7,6 [7] . Krysí, hovězí a lidský OTC obsahují stejný C-koncový fenylalaninový zbytek. Na druhou stranu se jejich N-koncové zbytky liší. U potkanů ​​na konci Ser, u býka - Asp, u lidí - Gly [8] [9] .

Genomika

Lidský OTC gen se nachází na krátkém raménku chromozomu X (Xp21.1). Gen se nachází v (pozitivním) Watsonově řetězci a je dlouhý 73 kb. Otevřený čtecí rámec 1062 nukleotidů je distribuován přes 10 exonů a devět intronů. Kódovaný protein je dlouhý 354 aminokyselin s předpokládanou molekulovou hmotností 39,935 kDa. Post-transkripční modifikace zanechává zralý peptid s 322 aminokyselinami a hmotností 36,1 kDa [10] . Protein se nachází v mitochondriální matrix. U savců je OTC exprimován v játrech a sliznici tenkého střeva.

Lidské mutace

V humánních volně prodejných lécích je známo 341 mutací. 149 z těchto mutací způsobuje hyperamonémii během prvních týdnů života. 70 se projevuje hyperamonémií u mužských pacientů v pozdějším věku. Většina mutací se vyskytuje ve známých funkčních motivech, jako je smyčka SMG nebo vazebné domény CP [11] .

Nedostatek

Mutace v OTC genu mohou způsobit nedostatek ornitintranskarbamylázy. Toto onemocnění je klasifikováno jako porucha cyklu močoviny vzhledem k tomu, že bez funkce OTC se v krvi začíná hromadit amoniak. Hromadění amoniaku v krvi se nazývá hyperamonémie. Vzhledem k tomu, že amoniak, i když je toxický, je pro tělo zdrojem dusíku, jeho zvýšené hladiny způsobují zvýšení hladin aminokyselin, glutamátu a alaninu. Hladiny karbamoylfosfátu (CP) začnou klesat, když se sníží hladina dusíku močoviny v krvi. To způsobí přechod CP na uridinmonofosfátovou dráhu. Produktem této dráhy je kyselina orotová . Zvýšené hladiny kyseliny orotové v moči mohou být indikátorem toho, že pacient trpí onemocněním spojeným s hyperamonémií.

OTC nedostatek se projevuje jak v časné formě, tak v pozdní formě.

Předčasný nedostatek

Časný nedostatek je pozorován u novorozenců. Příznaky poruchy močovinového cyklu se často objevují až v době, kdy je dítě doma, a nemusí je včas odhalit rodina a ošetřující lékař. Příznaky u malých dětí s hyperamonémií jsou nespecifické: nechuť k jídlu, problémy s dýcháním, tělesnou teplotou, záchvaty, neobvyklé pohyby těla (záškuby) a ospalost. [12] Jak se čpavek hromadí, symptomy postupují od ospalosti k letargii, potenciálně končící kómatem . Abnormální držení těla (nekontrolovaný pohyb) a encefalopatie (poškození mozku) jsou často spojeny se stupněm otoku centrálního nervového systému a tlakem na mozkový kmen . Přibližně 50 % novorozenců s těžkou hyperamonémií má záchvaty .

Pozdní nedostatek

Při mírnějším (nebo částečném) nedostatku enzymů močovinového cyklu může být akumulace amoniaku způsobena nemocí nebo stresem téměř kdykoli v životě, což vede k mnohonásobnému mírnému zvýšení koncentrace amoniaku v plazmě [Bourrier et al. 1988]. U pacientů s částečným nedostatkem enzymů mohou být příznaky opožděny o měsíce nebo roky. Známky toho, že můžete trpět nedostatkem OTC nebo poruchou cyklu močoviny, zahrnují „epizody deliria, nevyzpytatelné chování nebo depresivní vědomí, bolesti hlavy, zvracení, nechuť k potravinám s vysokým obsahem bílkovin a záchvaty“. [13]

Léčba

Potenciální léčbou vysokých hladin amoniaku je podávání benzoátu sodného , ​​který se kombinuje s glycinem za vzniku hippurátu, přičemž se odstraňuje amonná skupina. Biotin také hraje důležitou roli ve funkci OTC [14] a v experimentech na zvířatech bylo prokázáno, že snižuje toxicitu amoniaku. Kromě toho bylo navrženo a studováno použití terapeutické hypotermie celého těla jako léčby. Předpokládá se, že zvyšuje účinnost dialýzy při odstraňování amoniaku z těla [15] .

Poznámky

  1. ↑ „Biosyntéza a metabolismus argininu v bakteriích“. Mikrobiologické recenze . 50 (3): 314-52. září 1986. PMID  3534538 .
  2. ↑ “Mechanismus inaktivace ornitin transkarbamoylázy Ndelta -(N'-sulfodiaminofosfinyl)-L-ornithinem, skutečným analogem přechodného stavu? Krystalová struktura a důsledky pro katalytický mechanismus“. The Journal of Biological Chemistry . 275 (26): 20012-9. června 2000. doi : 10.1074/jbc.M000585200 . PMID  10747936 .
  3. ↑ „Krystalové struktury ornithinkarbamoyltransferázy z Mycobacterium tuberculosis a její ternární komplex s karbamoylfosfátem a L-norvalinem odhalují katalytický mechanismus enzymu“. Journal of Molecular Biology . 375 (4): 1052-63. ledna 2008. doi : 10.1016/j.jmb.2007.11.025 . PMID  18062991 .
  4. ↑ „Substrátem indukovaná konformační změna v trimerní ornitin transkarbamoyláze“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 94 (18): 9550-5. září 1997. doi : 10.1073/pnas.94.18.9550 . PMID  9275160 .
  5. ↑ 12 PDB 1C9Y ; _ „Krystalická struktura lidské ornithin transkarbamylázy v komplexu s karbamoylfosfátem a L-norvalinem při rozlišení 1,9 A“. Proteiny . 39 (4): 271-7. Červen 2000. DOI : 10.1002/(SICI)1097-0134(20000601)39:4<271::AID-PROT10>3.0.CO;2-E . PMID 10813810 .  
  6. ↑ „Lidská ornitin transkarbamyláza: krystalografické pohledy na rozpoznání substrátu a konformační změny“. Biochemický časopis . 354 (Pt 3): 501-9. březen 2001. doi : 10.1042/ bj3540501 . PMID 11237854 . 
  7. ↑ „Čištění a charakterizace ornithin transkarbamylázy z hrachu ( Pisum sativum L.)“ . Fyziologie rostlin . 96 (1): 262-8. 1991-05-01. DOI : 10.1104/pp.96.1.262 . PMID  11538003 .
  8. ↑ „Izolace a charakterizace ornithin transkarbamylázy z normálních lidských jater“. The Journal of Biological Chemistry . 253 (11): 3939-44. června 1978. PMID  25896 .
  9. ↑ Ornitin transkarbamyláza z jater potkana. Kinetické, fyzikální a chemické vlastnosti“. The Journal of Biological Chemistry . 254 (20): 10030-6. října 1979. PMID  489581 .
  10. ↑ „Cílení pre-ornitin transkarbamylázy do mitochondrií: definice kritických oblastí a zbytků ve vedoucím peptidu“. buňka . 44 (3): 451-9. února 1986. DOI : 10.1016/0092-8674(86)90466-6 . PMID  3943133 .
  11. ↑ „Mutace a polymorfismy v genu lidské ornitin transkarbamylázy (OTC)“. Lidská mutace . 27 (7): 626-32. července 2006. doi : 10.1002/ humu.20339 . PMID 16786505 . 
  12. ↑ Deficit ornitin transkarbamylázy . Genetika Home Reference . National Library of Medicine, Ministerstvo zdravotnictví USA a sociálních služeb. Získáno 3. března 2019. Archivováno z originálu dne 26. září 2020.
  13. ↑ Deficit ornitin transkarbamylázy . Informační centrum pro genetická a vzácná onemocnění (GARD) – program NCATS . National Institutes of Health, Ministerstvo zdravotnictví USA a sociálních služeb. Získáno 3. března 2019. Archivováno z originálu dne 6. března 2019.
  14. ↑ „Účinek biotinu na intoxikaci amoniakem u krys a myší“. Journal of Gastroenterology . 30 (3): 351-5. června 1995. doi : 10.1007/ bf02347511 . PMID 7647902 . 
  15. ↑ „Proveditelnost doplňkové terapeutické hypotermické léčby u hyperamonémie a encefalopatie v důsledku poruch cyklu močoviny a organických acidémií“. Molekulární genetika a metabolismus . 109 (4): 354-9. srpna 2013. doi : 10.1016/ j.ymgme.2013.05.014 . PMID 23791307 . 

Další čtení

Odkazy

 Enzymy
Aktivita
Nařízení
Klasifikace
Typy