Просмотр кода страницы АЛК-дегидратаза

{{Фермент
| Name = АЛК-дегидратаза (порфобилиногенсинтаза)
| EC_number = 4.2.1.24
| CAS_number = 9036-37-7
| IUBMB_EC_number = 4/2/1/24
| GO_code = 0004655
| image = 1e51.jpg
| width = 270
| caption = АЛК-дегидратаза в виде октамера
}}
{{Белок
| Name = Дегидратаза δ-аминолевулиновой кислоты
| caption = 
| image = 
| width = 
| HGNCid = 395
| Symbol = [[ALAD]]
| AltSymbols = 
| EntrezGene = 210
| OMIM = 125270
| RefSeq = NM_001003945
| UniProt = P13716
| PDB = 
| ECnumber = 4.2.1.24
| Chromosome = 9
| Arm = q
| Band = 32
| LocusSupplementaryData = 
}}

'''АЛК-дегидратаза''', также '''дегидратаза δ-аминолевулиновой кислоты''' (англ. '''Aminolevulinic acid dehydratase''', сокр. '''ALAD''') или '''порфобилиногенсинтаза''' (англ. '''Porphobilinogen synthase''', сокр. '''PBGS''')  — [[Ферменты|фермент]] (КФ [https://www.brenda-enzymes.org/enzyme.php?ecno=4.2.1.24 4.2.1.24]) семейства дегидратаз (класса [[лиазы]]), который катализирует асимметричную реакцию межмолекулярной конденсации (2-х молекул) и циклизации [[Аминолевулиновая кислота|аминолевулиновой кислоты]] в [[порфобилиноген]]. У человека данный фермент кодируется одноимённым геном ALAD, который располагается на коротком плече (p-плече) [[9-я хромосома человека|9-й хромосомы]]<ref name="pmid6839527">{{cite journal | vauthors = Eiberg H, Mohr J, Nielsen LS | title = delta-Aminolevulinatedehydrase: synteny with ABO-AK1-ORM (and assignment to chromosome 9) | journal = Clinical Genetics | volume = 23 | issue = 2 | pages = 150–4 | date = February 1983 | pmid = 6839527 | doi = 10.1111/j.1399-0004.1983.tb01864.x | s2cid = 27267679 }}</ref><ref name="pmid6378062">{{cite journal | vauthors = Beaumont C, Foubert C, Grandchamp B, Weil D, Gross MS, Nordmann Y | title = Assignment of the human gene for delta aminolevulinate dehydrase to chromosome 9 by somatic cell hybridization and specific enzyme immunoassay | journal = Annals of Human Genetics | volume = 48 | issue = 2 | pages = 153–9 | date = May 1984 | pmid = 6378062 | doi = 10.1111/j.1469-1809.1984.tb01010.x | s2cid = 24098976 }}</ref>. Все природные [[тетрапирролы]], включая [[Гем (биохимия)|гемы]], [[хлорофилл]]ы и [[витамин B12]], зависят от синтеза  порфобилиногена, так как он является общим предшественником данных соединений. Порфобилиногенсинтаза является прототипом [[морфеин]]а<ref name="Jaffe_Lawrence_2012">{{cite journal | vauthors = Jaffe EK, Lawrence SH | title = Allostery and the dynamic oligomerization of porphobilinogen synthase | journal = Archives of Biochemistry and Biophysics | volume = 519 | issue = 2 | pages = 144–53 | date = March 2012 | pmid = 22037356 | pmc = 3291741 | doi = 10.1016/j.abb.2011.10.010 }}</ref>. АЛК-дегидратаза локализована практически во всех клетках организма человека, но особенно много её в цитозоле эритропоэтических клеток красного костного мозга и в гепатоцитах печени.

== Функции ==
Данный фермент катализирует следующую реакцию:

[[Файл:Porphobilinogen-synthesis-from-ALA.png|center|300px|alt=File:Porphobilinogen-synthesis-from-ALA.png]]
:2 5-[[аминолевулинат]] <math>\rightleftharpoons</math> [[порфобилиноген]] + 2 H<sub>2</sub>O

Таким образом, АЛК-дегидратаза катализирует конденсацию 2 молекул 5-аминолевулината с образованием порфобилиногена (предшественника [[Гем b|гем]]а, [[Цитохромы|цитохром]]ов и других [[Гемопротеины|гемопротеинов]]). Эта реакция является первой общей стадией биосинтеза всех природных тетрапирролов. Фермент в качестве кофактора использует ионы цинка Zn<sup>2+</sup>, они поддерживают активность.

== Структура ==
Структурной основой [[аллостерическая регуляция|аллостерической регуляции]] порфобилиногенсинтазы (PBGS) является модуляция равновесия четвертичной структуры между октамером и гексамером (через димеры), которая представлена схематически как 6-мер* ↔ 2-мер* ↔ 2-мер ↔ 8-мер*. [[Четвертичная структура]] представляет собой переориентацию между двумя доменами каждой субъединицы, которая происходит в диссоциированном состоянии, поскольку она стерически запрещена в более крупных мультимерах<ref name="Jaffe_Lawrence_2012"/>.

[[File:PBGS Quaternary Structure Equlibrium.jpg|center|600px|thumb|Равновесие четвертичной структуры PBGS включает неактивный гексамер (PDB id 1PV8), который не взаимодействует с субъединицами, необходимых для упорядоченной локализации [[Активный центр фермента|активного центра]]. За диссоциацией до прогексамерного димера может последовать конформационное изменение, которое переориентирует два αβ-бочкообразных домена с образованием димера прооктамера. Ассоциация димера прооктамера с октамером (PDB id 1E51) включает формирование интерфейсов субъединиц, которые поддерживают порядок в активном центре. High K<sub>m</sub>, low V<sub>max</sub>  — высокое значение [[Константа Михаэлиса|константы Михаэлиса]] и низкое значение максимальной скорости реакции, указывает на низкое сродство к [[Субстрат (биохимия)|субстрат]]ам в гексамере, и наоборот  low K<sub>m</sub>, high V<sub>max</sub> — низкое значение константы Михаэлиса и высокое значение максимальной скорости реакции, указывает на высокое сродство к субстратам в октамере.]]

PBGS кодируется одним геном, и каждый мультимер PBGS состоит из нескольких копий одного и того же белка. Каждая субъединица PBGS состоит из αβ-бочкообразного домена ~300 остатков, в центре которого находится активный сайт фермента, и N-концевого домена плеча >25 остатков. Аллостерическая регуляция PBGS может быть описана с точки зрения ориентации αβ-бочкообразного домена по отношению к N-концевому домену плеча.

Каждое N-концевое плечо имеет до двух взаимодействий с другими субъединицами мультимера PBGS. Одно из этих взаимодействий помогает стабилизировать «закрытую» конформацию «крышки» активного центра. Другое взаимодействие ограничивает доступ растворителя с другого конца αβ-цилиндра.

В неактивном мультимерном состоянии N-концевой домен плеча не участвует в стабилизирующем крышку взаимодействии, а в кристаллической структуре неактивной сборки «крышка» активного сайта разупорядочена.

== Аллостерическая регуляция ==
Будучи почти универсальным ферментом с высококонсервативным активным центром, PBGS не может быть основной мишенью для разработки противомикробных препаратов и/или гербицидов. Напротив, аллостерические сайты могут быть гораздо более филогенетически изменчивыми, чем активные сайты, что открывает больше возможностей для разработки лекарств<ref name="Jaffe_Lawrence_2012"/>.

Филогенетическая изменчивость аллостерических сайтов PBGS приводит к обсуждению аллостерической регуляции PBGS с точки зрения внутренних и внешних эффекторов.

=== Внутренние аллостерические эффекторы ===
==== Магний ====
Аллостерический ион [[Магний|магния]] Mg<sup>2+</sup> находится на сильно гидратированной границе раздела двух прооктамерных димеров. По-видимому, он легко диссоциируется, и было показано, что гексамеры накапливаются при удалении магния ''[[in vitro]]''<ref name="Breinig_2003">{{cite journal | vauthors = Breinig S, Kervinen J, Stith L, Wasson AS, Fairman R, Wlodawer A, Zdanov A, Jaffe EK | display-authors = 6 | title = Control of tetrapyrrole biosynthesis by alternate quaternary forms of porphobilinogen synthase | journal = Nature Structural Biology | volume = 10 | issue = 9 | pages = 757–63 | date = September 2003 | pmid = 12897770 | doi = 10.1038/nsb963 | s2cid = 24188785 }}</ref>.

==== pH ====
Хотя не принято в качестве аллостерических регуляторов рассматривать ионы [[Гидроксоний|гидроксония]], в случае PBGS было показано, что протонирование боковой цепи в местах, отличных от активного центра, влияет на равновесие четвертичной структуры и, таким образом, также влияет на скорость катализируемой им реакции.

=== Внешние аллостерические эффекторы  ===
==== Стабилизация низкомолекулярными гексамерами ====
Проверка PBGS 6-мера* выявил поверхностную полость, которой нет в 8-мере. Предполагается, что связывание малых молекул с этой филогенетически вариабельной полостью стабилизирует 6-мер* целевого PBGS и, следовательно, ингибирует активность.

Такие аллостерические регуляторы известны как морфоблоки, потому что они блокируют фермент в определённой форме морфеина (6-мера*)<ref name="pmid19578473">{{cite journal | vauthors = Lawrence SH, Jaffe EK | title = Expanding the Concepts in Protein Structure-Function Relationships and Enzyme Kinetics: Teaching using Morpheeins | journal = Biochemistry and Molecular Biology Education | volume = 36 | issue = 4 | pages = 274–283 | year = 2008 | pmid = 19578473 | pmc = 2575429 | doi = 10.1002/bmb.20211 }}</ref>.

==== Отравление свинцом ====
Ферментативная активность ALAD подавляется [[Свинец|свинцом]], начиная с концентраций свинца в крови, которые когда-то считались безопасными (<10 мкг/дл), и продолжает отрицательно коррелировать в диапазоне от 5 до 95 мкг/дл<ref name=ATSDR2007>{{cite book|vauthors=Abadin H, Ashizawa A, Stevens YW, Llados F, Diamond G, Sage G, Citra M, Quinones A, Bosch SJ, Swarts SG|title=Toxicological Profile for Lead|date=August 2007|publisher=Agency for Toxic Substances and Disease Registry (US)|location=Atlanta, GA|pages=22, 30|url=http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp13.pdf|pmid=24049859|access-date=22 November 2015}} {{Wayback|url=http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp13.pdf |date=20201124223308 }}</ref>. Ингибирование ALAD свинцом приводит к [[Анемия|анемии]], прежде всего потому, что он одновременно подавляет [[биосинтез гема]] и сокращает продолжительность жизни циркулирующих красных кровяных телец, а также стимулируя избыточную выработку гормона [[эритропоэтин]]а, приводящего к недостаточному созреванию эритроцитов из их предшественников. Дефект в структурном гене ALAD может вызвать повышенную чувствительность к отравлению свинцом и острую [[Печёночная порфирия|печёночную порфирию]]. Были идентифицированы альтернативные варианты сплайсированного транскрипта, кодирующие различные изоформы<ref name="entrez">{{cite web | title = Entrez Gene: ALAD aminolevulinate, delta-, dehydratase| url = https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=gene&Cmd=ShowDetailView&TermToSearch=210}}</ref>.

== Дефицит ==
Дефицит порфобилиногенсинтазы обычно приобретённый (а не наследственный) и может быть вызван отравлением тяжёлыми металлами, особенно [[отравление свинцом|свинцом]], поскольку фермент очень чувствителен к ингибированию тяжёлыми металлами<ref>[http://library.med.utah.edu/NetBiochem/hi32.htm ALA dehydratase reaction] {{Wayback|url=http://library.med.utah.edu/NetBiochem/hi32.htm |date=20230505072155 }}, from NetBiochem at the University of Utah. Last modified 1/5/95</ref>.

Наследственная недостаточность данного фермента называется порфирией с дефицитом порфобилиногенсинтазы (или AЛК-дегидратазы). Это чрезвычайно редкая форма порфирии<ref name="Jaffe_Stith_2007">{{cite journal | vauthors = Jaffe EK, Stith L | title = ALAD porphyria is a conformational disease | url = https://archive.org/details/sim_american-journal-of-human-genetics_2007-02_80_2/page/329 | journal = American Journal of Human Genetics | volume = 80 | issue = 2 | pages = 329–37 | date = February 2007 | pmid = 17236137 | pmc = 1785348 | doi = 10.1086/511444 }}</ref>, было описано менее 10 случаев данного заболевания<ref>[http://rarediseasesnetwork.epi.usf.edu/porphyrias/patients/ADP/ Overview of the Porphyrias] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110722233132/http://rarediseasesnetwork.epi.usf.edu/porphyrias/patients/ADP/ |date=2011-07-22 }} at The Porphyrias Consortium (a part of NIH Rare Diseases Clinical Research Network (RDCRN)) Retrieved June 2011</ref>. Все варианты белка, ассоциированного с заболеванием, способствуют образованию гексамера по сравнению с человеческим ферментом дикого типа<ref name="Jaffe_Stith_2007"/>.

== АЛК-дегидратаза как прототип морфеина ==
Морфеиновая модель аллостерии, представленная на примере PBGS, улучшает уровень понимания потенциальных механизмов регуляции функции белка и дополняет то повышенное внимание, которое сообщество исследователей белка уделяет динамике структуры белка<ref name="Jaffe_Lawrence_2012"/>.

Эта модель иллюстрирует, как динамика таких явлений, как альтернативные конформации белков, альтернативные олигомерные состояния и временные белок-белковые взаимодействия, могут быть использованы для аллостерической регуляции каталитической активности ферментов.

== Примечания ==
{{примечания|2}}
== Внешние ссылки ==
* {{MeshName|delta-Aminolevulinic+Acid+Dehydratase}}
* http://www.omim.org/entry/125270?search=pbgs&highlight=pbgs

[[Категория:КФ 4.2.1]]