| NADP-malik-entsyymi | |
|---|---|
| Tunnisteet | |
| Koodi KF | 1.1.1.40 |
| CAS-numero | 9028-47-1 |
| Entsyymitietokannat | |
| IntEnz | IntEnz-näkymä |
| BRENDA | BRENDA sisääntulo |
| ExPASy | NiceZyme-näkymä |
| MetaCyc | metabolinen reitti |
| KEGG | KEGG-merkintä |
| PRIAM | profiili |
| ATE:n rakenteet | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Geeniontologia | AmiGO • EGO |
| Hae | |
| PMC | artikkeleita |
| PubMed | artikkeleita |
| NCBI | NCBI-proteiinit |
| CAS | 9028-47-1 |
NADP-riippuvainen dekarboksylaatiomalaattidehydrogenaasi tai NADP-omenaentsyymi ( NADP-ME ) on entsyymi , joka katalysoi kemiallista reaktiota kaksiarvoisten metalli-ionien läsnä ollessa:
(S)-malaatti + NADP + -> pyruvaatti + CO 2 + NADPHEntsyymi käyttää substraattina (S)-malaattia ja NADP + :a , reaktio tuottaa pyruvaattia , hiilidioksidia ja NADPH :ta . Reaktion aikana malaatti hapettuu pyruvaaiksi ja CO 2 :ksi ja NADP + pelkistyy NADPH:ksi.
Entsyymi kuuluu oksidoreduktaasien perheeseen tai pikemminkin entsyymeihin, jotka ovat vuorovaikutuksessa luovuttajan CH-OH-ryhmän kanssa ja käyttävät NAD + tai NADP + akseptorina . Tämän entsyymin systemaattinen nimi on: (S)-malaatti: NADP + oksidoreduktaasi (oksaloasetaattidekarboksylaasi) . Malaattidehydrogenaasi osallistuu pyruvaattiaineenvaihduntaan ja hiilen sitomiseen . NADP-malik-entsyymi on yksi kolmesta dekarboksylaatioentsyymistä, jotka osallistuvat epäorgaanisen hiilen konsentroimiseen C4- ja CAM - kasveissa . Tähän luokkaan kuuluvat myös NAD-malik-entsyymi ja PEP-karboksikinaasi . [1] Vaikka usein yksi kolmesta fotosynteettisestä dekarboksylaasista on hallitseva, voi tapahtua myös kaikkien kolmen entsyymin aktiivisuuden samanaikainen aktivoituminen [3] .
Homologisen nisäkkään NADP-riippuvaisen omenaentsyymin kristallografisten tietojen perusteella kehitettiin kasveissa C4- reittiin osallistuvan NADP-ME:n 3D-malli tunnistamaan tärkeimmät tähteet, jotka ovat vastuussa substraatin sitoutumisesta katalyysin aikana. NADP + -sitoutumiskohta sisältää kaksi glysiiniä sisältävää motiivia, GXGXXG, hydrofobisen uran, jossa on vähintään kuusi aminohappotähdettä, ja negatiivisesti varautuneen tähteen ß-juosteen päässä. [4] [5] Ensimmäisen motiivin, 240 GLGDLG 245 , ensisijainen sekvenssi on konsensusmarkkeri fosfaatin sitoutumiselle, mikä viittaa NADP + :n osallisuuteen sitoutumisessa. Muut glysiiniä sisältävät motiivit omaksuvat klassisen Rossmann-laskoksen , joka on myös tyypillinen merkkiaine NADP- kofaktorin sitoutuminen . [6]
Keinotekoisella mutageneesillä saadut NADP-ME-puutteiset maissikasvit vahvistavat ehdotetun molekyylibiologisen mallin. Valiinin korvaaminen glysiinillä missä tahansa motiivissa johtaa entsyymin täydelliseen inaktivoitumiseen. Samaan aikaan spektrianalyysi ei osoita merkittäviä eroja villityypin muodosta. Tiedot osoittavat häiriöitä sitoutumiseen ja katalyysiin osallistuvassa päätähteessä, eivät konformationaaliseen stabiilisuuteen vaikuttavassa domeenien välisessä tähteessä. Tärkeä rooli asemassa 237 olevalla arginiinitähteellä on vuorovaikutuksessa malaatin ja NADP + :n kanssa, se osallistuu sähköstaattisen vuorovaikutuksen muodostumiseen hapon negatiivisesti varautuneen karboksyyliryhmän ja nukleotidin fosfaattiryhmän kanssa. Ei tiedetä, onko tällä jäännöksellä tärkeä rooli substraattia sitovissa vuorovaikutuksissa tai määrittääkö se substraatin sijainnin katalyysin aikana. [7] Oletetaan, että asemassa 255 oleva lysiinijäännös toimii katalyyttinä emäksenä . Lisätutkimuksia tarvitaan kuitenkin sen biokemiallisen roolin tarkan määrittämiseksi.
Jos tarkastellaan tätä entsyymiluokkaa yleisesti, malikentsyymejä löytyy monista eukaryoottisista organismeista (sienistä nisäkkäisiin). Entsyymien lokalisoituminen subsellulaarisella tasolla esitetään. Malik-entsyymiä on sytosolissa , mitokondrioissa ja kloroplasteissa . Erityisesti C4 - kasveissa NADP-ME sijaitsee solujen kloroplasteissa, jotka peittävät johtavan nipun .
C 4 - fotosynteesin aikana - biokemiallinen reitti, joka syntyi keskittymään CO 2 : n kiinnittymiskohtaan, RuBisCO - hiilidioksidi pääsee mesofyllisoluihin ja muodostaa oksaloasetaattia . Sitten oksaloasetaatti pelkistetään malaatiksi. Malaatti kuljetetaan limakalvosoluihin, joissa se käy läpi dekarboksylaation NADP-ME:n osallistuessa. Koska malaatti pääsee vaipan yhteen soluun useista mesofyllin soluista, tuloksena on hiilidioksidipitoisuus sen kiinnityskohdassa RuBisCo . [kahdeksan]
NADP-ME:n rooli hiilidioksidipitoisuudessa on vahvistettu siirtogeenisillä kasveilla tehdyssä tutkimuksessa. Siirtogeeniset kasvit, joilla oli osittainen NADP-ME-toiminnan menetys (40 % villityypin NADP-ME-aktiivisuudesta), osoittivat merkittävää vähenemistä CO 2 :n kiinnittymisessä jopa korkeilla solujen välisillä hiilidioksiditasoilla. Tämä osoittaa NADP-ME:n merkityksen hiilivirran säätelyssä kohti Calvinin kiertoa .
NADP-ME:n ilmentymisen on osoitettu säätelevän abioottisia stressitekijöitä . Kuivuusolosuhteissa CAM - kasveille on ominaista stomatalin sulkeminen, jotta vältetään haihtuva vesihäviö , joka johtaa CO 2 -nälänhätään . Tätä prosessia kompensoi se tosiasia, että stomatalin sulkeutuminen aktivoi NADP-ME:n translaation, mikä puolestaan lyhyiden CO2-oton jaksojen aikana lisää CO2-oton tehokkuutta ja mahdollistaa näin hiilen kiinnittymisen .
Geeniekspression muutosten kautta tapahtuvan entsyymin pitkän aikavälin säätelyn lisäksi on olemassa lyhytaikainen säätely, jota voivat välittää allosteeriset mekanismit. On osoitettu, että C4NADP-ME-substraatin osittaista estämistä varten malaatilla on oletettavasti oltava kaksi itsenäistä sitoutumiskohtaa: yksi aktiivisessa kohdassa ja toinen on allosteerinen. Inhiboiva vaikutus on kuitenkin pH - riippuvainen ja ilmenee vain pH:ssa = 7, mutta ei 8. Entsyymiaktiivisuuden muutoksen havainnointi pH:n muutoksesta riippuen on yhdenmukainen hypoteesin kanssa, että NADP-ME on aktiivinen fotosynteesin aikana : valoreaktiot johtavat emäksisyyden lisääntymiseen kloroplastin stroomassa - NADP-ME:n lokalisoitumiseen, mikä johtaa malaatin NADP-ME:tä estävän vaikutuksen vähenemiseen, mikä myötävaikuttaa entsyymin reaktiivisuuden lisääntymiseen. Sitä vastoin valoreaktioiden hidastuminen johtaa elatusaineen happamuuden lisääntymiseen stroomassa, mikä aiheuttaa NADP-ME:n eston malaatin vaikutuksesta. Säätelymekanismin tarve selittyy sillä, että Calvin-syklin reaktiot vaativat korkean energian kevytfaasin NADPH :n ja ATP :n tuotteita , ja näin ollen CO 2 :n kertymisprosessi ilman näitä tuotteita ei ole hyödyllinen.
Tälle proteiinille voidaan käyttää allosteerisen säätelyn morfiinimallia .
NADP-malik-entsyymiä, kuten kaikkia muita C4 - dekarboksylaaseja, ei kehitetty de novo auttamaan RuBisCo : n CO2:n kiinnityksessä . Todennäköisimmin NADP-ME transformoitui C3- lajeista fotosynteesin aikana , mutta aikaisempi alkuperä muinaisesta sytosolisesta esi -isästä on myös mahdollista . Sytosolissa entsyymi esiintyi sarjana "kotitalouksien" isoformeja , jotka oli suunniteltu suorittamaan erilaisia toimintoja, mukaan lukien malaattipitoisuuden ylläpitäminen hypoksian aikana, mikroitiöiden poistaminen ja patogeenien suojaaminen . Mitä tulee evoluutiomekanismiin, uskotaan, että C4 :n toiminnallisuus johtui virheestä promoottorialueilla geenin päällekkäisyyden yhteydessä, mikä johti sen yli- ilmentymiseen koodaavalla alueella vaippasoluissa, mikä aiheutti neofunktionalisoitumisen . Valinta CO 2 :n sitomistoiminnon säilyttämisen puolesta sekä veden ja typen lisääntynyt käyttö stressaavissa olosuhteissa johtui evoluutiopaineesta.
On todettu, että evoluution aikana entsyymi sai useita keskeisiä toiminnallisia piirteitä, erityisesti: lisääntynyt katalyyttinen aktiivisuus, tetrameerinen rakenne ja kyky pH-riippuvaiseen inhibitioon omalla substraattillaan, malaatilla [9] . Kohdennettu mutageneesi yhdessä C4 - NADP-ME: n kiderakenteen erottamisen kanssa durrasta ja maissista mahdollisti useiden aminohappotähteiden tunnistamisen, jotka suorittavat nämä toiminnot: