| NADP-malik enzym | |
|---|---|
| Identifierare | |
| Kod KF | 1.1.1.40 |
| CAS-nummer | 9028-47-1 |
| Enzymdatabaser | |
| IntEnz | IntEnz-vy |
| BRENDA | BRENDA inträde |
| ExPASy | NiceZyme-vy |
| MetaCyc | Metabolisk väg |
| KEGG | KEGG inträde |
| PRIAM | profil |
| PDB- strukturer | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Genontologi | AmiGO • EGO |
| Sök | |
| PMC | artiklar |
| PubMed | artiklar |
| NCBI | NCBI-proteiner |
| CAS | 9028-47-1 |
NADP-beroende dekarboxyleringsmalatdehydrogenas eller NADP-äppelenzym ( NADP-ME ) är ett enzym som katalyserar en kemisk reaktion i närvaro av tvåvärda metalljoner:
(S)-malat + NADP + -> pyruvat + CO 2 + NADPHEnzymet använder (S)-malat och NADP + som substrat , reaktionen producerar pyruvat , koldioxid och NADPH . Under reaktionen oxideras malat till pyruvat och CO 2 och NADP + reduceras till NADPH.
Enzymet tillhör familjen oxidoreduktaser , eller snarare, enzymer som interagerar med givarens CH-OH-grupp och använder NAD + eller NADP + som acceptor . Det systematiska namnet på detta enzym är: (S)-malat: NADP + oxidoreduktas (oxaloacetatdekarboxylas) . Malatdehydrogenas är involverat i pyruvatmetabolism och kolbindning . NADP-malik-enzymet är ett av tre dekarboxyleringsenzymer som är involverade i koncentrationen av oorganiskt kol i C4- och CAM - växter. I denna klass ingår också NAD-malik-enzym och PEP-karboxykinas . [1] Även om ofta en av de tre fotosyntetiska dekarboxylaserna dominerar, kan samtidig aktivering av aktiviteten hos alla tre enzymer också inträffa [3] .
Baserat på kristallografiska data från det homologa däggdjurs-NADP-beroende äppelenzym, utvecklades en 3D-modell av NADP-ME involverad i C4 -vägen i växter för att identifiera de viktigaste resterna som är ansvariga för substratbindning under katalys. NADP + -bindningsstället inkluderar två glycinrika motiv, GXGXXG, ett hydrofobt spår med minst sex aminosyrarester och en negativt laddad rest i slutet av ß-strängen. [4] [5] Den primära sekvensen av det första motivet, 240 GLGDLG 245 , är en konsensusmarkör för fosfatbindning, vilket tyder på involvering av NADP + i bindning, andra glycinrika motiv antar det klassiska Rossmann-vecket - också en typisk markör för NADP- kofaktorbindning . [6]
Majsplantor med brist på NADP-ME erhållna genom artificiell mutagenes bekräftar den föreslagna molekylärbiologiska modellen. Ersättning av valin med glycin var som helst i motivet leder till fullständig inaktivering av enzymet. Samtidigt visar spektralanalys inte signifikanta skillnader från vildtypsformen. Data indikerar störningar i huvudresten involverad i bindning och katalys, och inte i interdomänresten som påverkar konformationsstabiliteten. En viktig roll spelas av argininresten i position 237, som interagerar med malat och NADP + , den är involverad i bildandet av elektrostatisk interaktion med den negativt laddade karboxylgruppen i syran och fosfatgruppen i nukleotiden. Det är inte känt om denna rest spelar en viktig roll i substratbindande interaktioner eller bestämmer positionen för substratet under katalys. [7] Det antas att lysinresten vid position 255 fungerar som en katalytisk bas . Men ytterligare studier behövs för att korrekt fastställa dess biokemiska roll.
Om vi betraktar denna klass av enzymer i allmänhet, så finns malik-enzymer i många eukaryota organismer (från svampar till däggdjur). Lokalisering av enzymer på subcellulär nivå visas. Malik-enzym finns i cytosol , mitokondrier och kloroplaster . I synnerhet i C4 - växter är NADP-ME lokaliserad i kloroplasterna i celler som täcker det ledande knippet .
Under C 4 fotosyntesen - en biokemisk väg som uppstod för att koncentrera CO 2 vid fixeringsstället RuBisCO - tränger koldioxid in i mesofyllcellerna och bildar oxaloacetat . Sedan reduceras oxaloacetat till malat. Malat transporteras till fodercellerna, där det genomgår dekarboxylering med deltagande av NADP-ME. Eftersom malat kommer in i en cell i höljet från flera celler i mesofyllet, blir resultatet en koncentration av koldioxid på platsen för dess fixering RuBisCo . [åtta]
NADP-ME:s roll i koncentrationen av koldioxid bekräftas av en studie gjord på transgena växter. Transgena växter med partiell förlust av NADP-ME-funktion (40 % av vildtyp-NADP-ME-aktivitet) visade en signifikant minskning av CO 2 -fixering även vid höga intercellulära koldioxidnivåer. Detta indikerar betydelsen av NADP-ME i regleringen av kolflödet mot Calvin-cykeln .
NADP-ME- uttryck har visat sig regleras av abiotiska stressfaktorer . CAM-växter i torka kännetecknas av stomatal stängning för att undvika avdunstning av vatten , vilket leder till koldioxidsvält . Denna process kompenseras av det faktum att stomatal stängning aktiverar NADP-ME-translation, vilket i sin tur, under korta perioder av CO2-upptag , ökar effektiviteten av CO2-upptaget, vilket gör att kolfixering kan äga rum .
Förutom den långsiktiga regleringen av enzymet genom förändringar i genuttrycket, finns en kortsiktig reglering som kan förmedlas av allosteriska mekanismer. Det har visats att för partiell inhibering av C4 NADP -ME- substrat måste malat förmodligen ha två oberoende bindningsställen: ett i det aktiva stället och det andra är allosteriskt. Den hämmande effekten är dock pH - beroende och uppträder endast vid pH = 7, men inte 8. Observation av förändringen i enzymaktivitet beroende på förändringen i pH överensstämmer med hypotesen att NADP-ME är aktiv under fotosyntesen : ljusreaktioner leder till till en ökning av basiciteten i kloroplastens stroma - lokaliseringen av NADP-ME, vilket leder till en minskning av den hämmande effekten av malat på NADP-ME, vilket bidrar till en ökning av enzymets reaktivitet. Omvänt leder bromsning av ljusreaktioner till en ökning av surheten hos mediet i stroman, vilket orsakar hämning av NADP-ME av malat. Behovet av en regleringsmekanism förklaras av det faktum att reaktionerna i Calvin-cykeln kräver högenergiprodukter från den lätta fasen , NADPH och ATP , och följaktligen är processen för ackumulering av CO 2 utan dessa produkter inte användbar.
För detta protein kan morfinmodellen för allosterisk reglering användas .
NADP-malik-enzymet, liksom alla andra C4 - dekarboxylaser, utvecklades inte de novo för att hjälpa till med CO2-fixering av RuBisCo . Det är mest troligt att NADP-ME transformerades från C3- arterna under fotosyntesen , men ett tidigare ursprung från en gammal cytosolisk förfader är också möjligt . I cytosolen existerade enzymet som en serie "hushålls" isoformer utformade för att utföra olika funktioner, inklusive att upprätthålla malatnivåer under hypoxi , ta bort mikrosporer och skydda mot patogener . När det gäller evolutionens mekanism, tros det att C4- funktionaliteten orsakades av ett fel inom promotorregionerna vid genduplicering, vilket ledde till dess överuttryck i den kodande regionen i mantelceller, vilket gav upphov till neofunktionalisering . Valet till förmån för att behålla funktionen att fixera CO 2 , samt ökat utnyttjande av vatten och kväve under stressiga förhållanden, berodde på evolutionärt tryck.
Det har fastställts att enzymet under evolutionens gång fick flera viktiga funktionella egenskaper, särskilt: ökad katalytisk aktivitet, tetramer struktur och förmågan till pH-beroende hämning av sitt eget substrat, malat [9] . Platsstyrd mutagenes , tillsammans med upplösningen av kristallstrukturen av C4 -NADP-ME från sorghum och majs , möjliggjorde identifieringen av ett antal aminosyrarester som tillhandahåller dessa funktioner: