트립토판합성효소

Tryptophan synthase
트립토판 합성효소
Tryptophan Synthase Dimer 3.png
서브유닛:베타 서브유닛, PLP를 포함한 알파 서브유닛, IGP
식별자
EC 번호4.2.1.20
CAS 번호9014-52-2
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트립토판 합성효소 또는 트립토판 합성효소는 트립토판의 [1][2]생합성에서 마지막 두 단계를 촉매하는 효소(EC 4.2.1.20)이다.그것은 유박테리아,[3] 고세균,[4] 원생동물,[5] 곰팡이,[6][7] 플랜태에서 흔히 발견된다.그러나 Animalia에는 [8]없다.일반적으로 α2β2 [9][10]사량체로 발견된다.α 서브유닛은 인돌-3-글리세롤인산(IGP)에서 인돌과 글리세린알데히드-3-인산(G3P)의 가역적 형성을 촉매한다.β 서브유닛은 인돌과 세린의 비가역적 축합을 촉매하여 피리독살 인산염(PLP)의존성 반응에서 트립토판을 형성한다.각 α활성부위는 효소 내에 포함된 25앵스트롬 길이의 소수성 채널에 의해 β활성부위에 접속된다.이것은 기질 [11]채널링으로 알려진 과정에서 α 활성 부위에 형성된 인돌을 β 활성 부위로 직접 확산시키는 것을 촉진한다.트립토판 합성효소의 활성 부위는 알로스테릭하게 [12]결합되어 있다.

효소구조

서브유닛:트립토판 합성효소는 전형적으로 α-β-α 복합체로 존재한다.α와 β 서브유닛은 각각 27과 43kDa의 분자량을 가진다.α 서브유닛은 TIM 배럴 구성을 가집니다.β 서브유닛은 접이식 II 배치와 1가 양이온을 [13]위한 활성 부위에 인접한 결합 부위가 있다.복합체로의 결합은 양쪽 서브유닛의 구조적 변화로 이어지며 상호 활성화로 이어집니다.서브 유닛간 통신에는, 주로 2개의 메카니즘이 있습니다.먼저 β-서브유닛의 COMM 도메인과 α-루프2가 상호작용한다.또한 αGly181 잔기와 βSer178 [14]잔기 사이에는 상호작용이 있다.활성 부위는 알로스테릭하게 조절되며 열린 상태,[12] 비활성 상태 및 닫힌 상태, 활성 상태 간에 전환됩니다.

인돌-3-글리세롤 결합 부위:그림 1을 참조해 주세요.

인돌 및 세린 결합 부위:그림 1을 참조해 주세요.

소수성 채널:α 및 β 활성 부위는 인돌의 확산을 허용하는 효소 내에 포함된 25앵스트롬 길이의 소수성 채널에 의해 분리된다.채널이 존재하지 않으면 α 활성 부위에서 형성된 인돌은 빠르게 확산되어 소수성이며 쉽게 막을 통과할 수 있기 때문에 세포로 손실된다.따라서 채널은 효소 복합기능에 [15]필수적이다.

caption.
이미지 2: 트립토판 합성효소의 제안된 메커니즘

효소 메커니즘

α 서브유닛 반응:α 서브유닛은 IGP의 역알돌 분해로부터 인돌과 G3P의 형성을 촉매한다.αGlu49와 αAsp60은 [11]그림과 같이 촉매 작용에 직접 관여하는 것으로 생각된다.환율 제한 스텝은 IGP의 [16]이성화입니다.그림 2를 참조해 주세요.

β 서브유닛 반응:β 서브유닛은 인돌과 세린이 응축되어 PLP 의존성 반응에서 트립토판을 형성하는 β 치환 반응을 촉매한다.βLys87, βGlu109 및 βSer377은 [11]그림과 같이 촉매 작용에 직접 관여하는 것으로 생각된다.다시 말하지만, 정확한 메커니즘은 결정적으로 결정되지 않았다.그림 2를 참조해 주세요.

순반응:그림 3을 참조해 주세요.

이미지 3: 트립토판 합성효소에 의해 촉매된 반응
caption.
이미지 1: 가정된 촉매 잔류물을 나타내는 α 및 β 서브유닛의 활성 부위

생물학적 기능

트립토판 합성효소는 에우박테리아, 고세균, 원생동물, 곰팡이, 식물에서 흔히 발견된다.그것은 인간과 같은 동물에게는 존재하지 않는다.트립토판은 20개의 표준 아미노산 중 하나이며 인간을 위한 9개의 필수 아미노산 중 하나이다.따라서 트립토판은 인간의 식단에 꼭 필요한 요소이다.

기판범위

또한 트립토판 합성효소는 인돌 유사체, 예를 들어 불소화 또는 메틸화 인돌을 기질로 수용하여 대응하는 트립토판 [17]유사체를 생성하는 것으로 알려져 있다.

질병 관련성

인간에게는 트립토판 합성효소가 없기 때문에 이 효소는 잠재적인 약물 [18]표적으로 연구되어 왔다.그러나 박테리아는 아미노산을 생성하기 위한 대체 메커니즘을 가지고 있다고 생각되는데, 이는 이 접근 방식을 덜 효과적으로 만들 수 있다.어느 경우든, 비록 그 약이 박테리아를 약화시킬 뿐이지만, 그 박테리아는 이미 적대적인 숙주 환경에서 취약하기 때문에 여전히 유용할 수 있다.이와 같이 아미노산 대사에서 다른 PLP 효소와 함께 트립토판 합성효소의 억제는 의학적 [19]문제를 해결하는 데 도움을 줄 가능성이 있다.

아미노산 대사에서 트립토판 합성효소 및 기타 PLP 효소의 억제는 다음과 같은 이유로 제안되었다.

진화

진화 초기에 trpB2 유전자는 복제되었다고 생각된다.1개의 복사본이 trp 오퍼론에 trpB2i로 입력되어 trpA로 표현됩니다.TrpB2i는 TrpA와 과도 복합체를 형성하고 그 과정에서 단방향으로 TrpA가 활성화되었다.다른 카피는 trpB2o로 외부에 남아 기존 역할을 수행하거나 인돌의 인양 단백질 역할을 하는 등 새로운 역할을 수행했다.TrpB2i는 TrpB1로 진화하여 TrpA와 영구 복합체를 형성하여 양방향 활성화를 유발하였다.인돌 인양 단백질의 이점은 감소했고 TrpB 유전자는 손실되었다.마지막으로 TrpB1 및 TrpA 유전자가 융합되어 이관능성 [22]효소가 형성되었다.

역사적 의의

트립토판 합성효소는 광범위하게 연구된 두 가지 촉매 기능을 가진 것으로 확인된 첫 번째 효소였다.또한 기판 채널링을 최초로 사용한 것으로 확인되었습니다.이와 같이, 이 효소는 광범위하게 연구되어 큰 [11]관심을 받고 있는 주제이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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