Ornitin-transkarbamylas

Ornitintranskarbamylas ( OTC ) (även kallat ornitinkarbamoyltransferas ) är ett enzym ( EG-kod 2.1.3.3 ) som katalyserar reaktionen mellan karbamoylfosfat (CP) och ornitin ( Orn ) för att bilda citrullin (Cit) och fosfat (Pi-fosfat ). Det finns två OTC-klasser. Den här artikeln handlar om anabola OTC. Anabola OTC tillhandahåller det sjätte steget i biosyntesen av aminosyran arginin i prokaryoter [1] . OTC för däggdjur spelar också en viktig roll i ureacykeln , vars syfte är att fånga upp giftig ammoniak .och omvandla det till urea, en mindre giftig kvävekälla , för utsöndring.

Reaktionsmekanism

Struktur

OTC är ett trimeriskt protein. Det finns tre aktiva ställen på ett protein som är belägna i utrymmet mellan monomererna. Den karbamoylfosfatbindande domänen är vid N-terminalen av varje monomer, medan C-terminalen innehåller den ornitinbindande domänen. Båda bindningsdomänerna har en liknande struktur med ett centralt parallellt β-veckat ark avgränsat av α-helixar och loopar [3] . Förutom att binda domäner har OTC SMG-loopar. De stänger, stänger bindningsstället, så snart båda substraten binder. SMG står för det Ser-Met-Gly-konserverade aminosyramotivet. Efter förslutning interagerar dessa rester med L-ornitin. CP-bindning inducerar en global konformationsförändring, medan L-ornitinbindning endast inducerar rörelse av SMG-slingan för att stänga och isolera aktiveringsstället [4] .

Aktiv webbplats

Ser-Thr-Arg-Thr-Arg-motivet från en subenhet och His från den intilliggande subenheten interagerar med CP-fosfatgruppen för bindning. Det primära kvävet i CP är bundet via Gln-, Cys- och Arg-rester. Karbonylsyren CP är länkad av Thr, Arg och His [6] .

Aminosyrasammansättning

OTC-fabriker har den största skillnaden från andra OTC:er. De har 50-70 % färre Leu-rester, medan det finns dubbelt så många Arg-rester. Antalet aminosyror i OTS varierar från 322 till 340 rester. Djur har den högsta tätheten av Leu, vilket ger ett pI för djurenzymet på 6,8, medan växtenzymet har ett pI på 7,6 [7] . OTC för råtta, nötkreatur och människa innehåller samma C-terminala fenylalaninrest. Å andra sidan skiljer sig deras N-terminala rester. Hos råttor i slutet av Ser, i en tjur - Asp, hos människor - Gly [8] [9] .

Genomics

Den humana OTC-genen är lokaliserad på X-kromosomens korta arm (Xp21.1). Genen finns i den (positiva) Watson-strängen och är 73 kb lång. Den öppna läsramen på 1062 nukleotider är fördelad över 10 exoner och nio introner. Det kodade proteinet är 354 aminosyror långt med en förutspådd molekylvikt på 39,935 kDa. Post-transkriptionell modifiering lämnar en mogen peptid med 322 aminosyror och en massa på 36,1 kDa [10] . Protein finns i mitokondriella matrisen. Hos däggdjur uttrycks OTC i levern och tunntarmens slemhinna.

Mänskliga mutationer

Det finns 341 kända mutationer i humana receptfria läkemedel. 149 av dessa mutationer orsakar hyperammonemi under de första levnadsveckorna. 70 manifesteras av hyperammonemi hos manliga patienter vid en senare ålder. De flesta mutationer förekommer i kända funktionella motiv såsom SMG-loopen eller CP-bindande domäner [11] .

Knapphet

Mutationer i OTC -genen kan orsaka ornitin-transkarbamylasbrist. Denna sjukdom klassificeras som en ureacykelstörning på grund av det faktum att utan OTC-funktion börjar ammoniak ansamlas i blodet. Ansamlingen av ammoniak i blodet kallas hyperammonemi. Eftersom ammoniak, även om det är giftigt, är en kvävekälla för kroppen, orsakar ökade nivåer en ökning av nivåerna av aminosyror, glutamat och alanin. Nivåerna av karbamoylfosfat (CP) kommer att börja sjunka när ureakvävenivåerna i blodet minskar. Detta kommer att få CP att byta till uridinmonofosfatvägen. Orotsyra är en produkt av denna väg. Förhöjda nivåer av orotsyra i urinen kan vara en indikator på att patienten lider av en sjukdom associerad med hyperammonemi.

OTC-brist visar sig i både tidig form och sen form.

Tidig knapphet

Tidig brist observeras hos nyfödda. Symtom på en ureacykelstörning uppträder ofta inte förrän barnet är hemma och kanske inte upptäcks i tid av familjen och den behandlande läkaren. Symtom hos små barn med hyperammonemi är ospecifika: ovilja att äta, problem med andning, kroppstemperatur, kramper, ovanliga kroppsrörelser (ryckningar) och dåsighet. [12] När ammoniak ackumuleras utvecklas symtomen från dåsighet till slöhet, vilket kan sluta i koma . Onormal hållning (okontrollerad rörelse) och encefalopati (hjärnskada) är ofta förknippade med en viss grad av svullnad i centrala nervsystemet och tryck på hjärnstammen . Ungefär 50 % av nyfödda med svår hyperammonemi upplever anfall .

Sen brist

Med mildare (eller partiell) brist på ureacykelenzymer kan ammoniakackumulering orsakas av sjukdom eller stress nästan när som helst i livet, vilket resulterar i en multipel måttlig ökning av plasmaammoniakkoncentrationen [Bourrier et al. 1988]. Hos patienter med partiell enzymbrist kan symtomen vara försenade i månader eller år. Tecken på att du kan lida av en OTC-brist eller ureacykelstörning inkluderar "episoder av delirium, oregelbundet beteende eller deprimerat medvetande, huvudvärk, kräkningar, motvilja mot högproteinmat och anfall." [13]

Behandling

En potentiell behandling för höga ammoniaknivåer är administrering av natriumbensoat , som kombineras med glycin för att bilda hippurat samtidigt som ammoniumgruppen avlägsnas. Biotin spelar också en viktig roll i OTC-funktionen [14] och har i djurförsök visat sig minska ammoniaktoxiciteten. Dessutom har användningen av terapeutisk helkroppshypotermi som behandling föreslagits och studerats. Det tros öka effektiviteten av dialys för att avlägsna ammoniak från kroppen [15] .

Anteckningar

  1. ↑ "Biosyntes och metabolism av arginin i bakterier". Mikrobiologiska recensioner . 50 (3): 314-52. September 1986. PMID  3534538 .
  2. ↑ “Mekanism för inaktivering av ornitin-transkarbamoylas genom Ndelta -(N'-Sulfodiaminofosfinyl)-L-ornitin, en sann övergångstillståndsanalog? Kristallstruktur och implikationer för katalytisk mekanism”. Journal of Biological Chemistry . 275 (26): 20012-9. Juni 2000. doi : 10.1074/jbc.M000585200 . PMID  10747936 .
  3. ↑ "Kristallstrukturerna av ornitinkarbamoyltransferas från Mycobacterium tuberculosis och dess ternära komplex med karbamoylfosfat och L-norvalin avslöjar enzymets katalytiska mekanism". Journal of Molecular Biology . 375 (4): 1052-63. Januari 2008. doi : 10.1016/j.jmb.2007.11.025 . PMID  18062991 .
  4. ^ "Substrat-inducerad konformationsförändring i en trimerisk ornitintranskarbamoylas". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 94 (18): 9550-5. September 1997. doi : 10.1073/pnas.94.18.9550 . PMID  9275160 .
  5. ↑ 12 PDB 1C9Y ; _ "Kristallstruktur av humant ornitin-transkarbamylas komplexbundet med karbamoylfosfat och L-norvalin vid 1,9 A-upplösning". Proteiner . 39 (4): 271-7. Juni 2000. DOI : 10.1002/(SICI)1097-0134(20000601)39:4<271::AID-PROT10>3.0.CO;2-E . PMID 10813810 .  
  6. ^ "Humant ornithine transcarbamylas: kristallografiska insikter i substratigenkänning och konformationsförändringar". The Biochemical Journal . 354 (Pt 3): 501-9. Mars 2001. doi : 10.1042/ bj3540501 . PMID 11237854 . 
  7. ↑ "Rening och karakterisering av ornitintranscarbamylas från ärt ( Pisum sativum L.)" . Växtfysiologi . 96 (1): 262-8. 1991-05-01. DOI : 10.1104/pp.96.1.262 . PMID  11538003 .
  8. ↑ "Isolering och karakterisering av ornitintranscarbamylas från normal mänsklig lever". Journal of Biological Chemistry . 253 (11): 3939-44. Juni 1978. PMID  25896 .
  9. ↑ Ornitin-transkarbamylas från råttlever. Kinetiska, fysikaliska och kemiska egenskaper”. Journal of Biological Chemistry . 254 (20): 10030-6. Oktober 1979. PMID  489581 .
  10. ^ "Inriktning av pre-ornitin-transkarbamylas till mitokondrier: definition av kritiska regioner och rester i ledarpeptiden". cell . 44 (3): 451-9. Februari 1986. DOI : 10.1016/0092-8674(86)90466-6 . PMID  3943133 .
  11. ^ "Mutationer och polymorfismer i den mänskliga ornithine transcarbamylas (OTC) genen". Mänsklig mutation . 27 (7): 626-32. Juli 2006. doi : 10.1002/ humu.20339 . PMID 16786505 . 
  12. ↑ Ornithine transcarbamylas-brist . Genetiks hemreferens . National Library of Medicine, US Department of Health & Human Services. Hämtad 3 mars 2019. Arkiverad från originalet 26 september 2020.
  13. ↑ Ornithine transcarbamylas-brist . Informationscenter för genetiska och sällsynta sjukdomar (GARD) – ett NCATS-program . National Institutes of Health, US Department of Health & Human Services. Hämtad 3 mars 2019. Arkiverad från originalet 6 mars 2019.
  14. ↑ "Effekt av biotin på ammoniakförgiftning hos råttor och möss". Journal of Gastroenterology . 30 (3): 351-5. Juni 1995. doi : 10.1007/ bf02347511 . PMID 7647902 . 
  15. ^ "Möjligheten av kompletterande terapeutisk hypotermibehandling för hyperammonemi och encefalopati på grund av ureacykelstörningar och organiska acidemier". Molekylär genetik och metabolism . 109 (4): 354-9. Augusti 2013. doi : 10.1016/ j.ymgme.2013.05.014 . PMID 23791307 . 

Ytterligare läsning

Länkar

 Enzymer
Aktivitet
förordning
Klassificering
Typer