| Enzima NADP-malik | |
|---|---|
| Identificatori | |
| Cod KF | 1.1.1.40 |
| numar CAS | 9028-47-1 |
| Baze de date de enzime | |
| IntEnz | Vedere IntEnz |
| BRENDA | intrare BRENDA |
| ExPASy | Vedere NiceZyme |
| MetaCyc | cale metabolică |
| KEGG | intrare KEGG |
| PRIAM | profil |
| Structuri PDB | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Ontologie genetică | AmiGO • EGO |
| Căutare | |
| PMC | articole |
| PubMed | articole |
| NCBI | proteine NCBI |
| CAS | 9028-47-1 |
Malat dehidrogenaza de decarboxilare dependentă de NADP sau enzima NADP-malic ( NADP-ME ) este o enzimă care catalizează o reacție chimică în prezența ionilor metalici divalenți:
(S)-malat + NADP + - > piruvat + CO2 + NADPHEnzima folosește (S)-malat și NADP + ca substrat , reacția produce piruvat , dioxid de carbon și NADPH . În timpul reacției, malatul este oxidat la piruvat și CO2 , iar NADP + este redus la NADPH.
Enzima aparține familiei oxidoreductazelor sau, mai degrabă, enzimelor care interacționează cu grupul CH-OH al donorului și utilizează NAD + sau NADP + ca acceptor . Denumirea sistematică a acestei enzime este: (S)-malat: NADP + oxidoreductază (oxaloacetat decarboxilază) . Malat dehidrogenaza este implicată în metabolismul piruvatului și sechestrarea carbonului . Enzima NADP-malik este una dintre cele trei enzime de decarboxilare implicate în concentrația de carbon anorganic în plantele C4 și CAM . De asemenea, în această clasă sunt incluse enzima NAD-malik și PEP-carboxikinaza . [1] Deși adesea predomină una dintre cele trei decarboxilaze fotosintetice, poate apărea și activarea simultană a activității tuturor celor trei enzime [3] .
Pe baza datelor cristalografice ale enzimei malice dependente de NADP de mamifer omoloage , a fost dezvoltat un model 3D al NADP-ME implicat în calea C4 la plante pentru a identifica reziduurile majore responsabile de legarea substratului în timpul catalizei. Situl de legare NADP + include două motive bogate în glicină , GXGXXG, un canal hidrofob cu cel puțin șase resturi de aminoacizi și un reziduu încărcat negativ la capătul catenei ß. [4] [5] Secvența primară a primului motiv, 240 GLGDLG 245 , este un marker de consens pentru legarea fosfatului, sugerând implicarea NADP + în legare, alte motive bogate în glicină adoptă pliul clasic de Rossmann - de asemenea un marker tipic pentru Legarea cofactorului NADP . [6]
Plantele de porumb cu deficit de NADP-ME obținute prin mutageneză artificială confirmă modelul biologic molecular propus. Înlocuirea valinei cu glicină oriunde în motiv duce la inactivarea completă a enzimei. În același timp, analiza spectrală nu arată diferențe semnificative față de forma de tip sălbatic. Datele indică tulburări ale reziduului principal implicat în legare și cataliză, și nu în reziduul interdomeniu care afectează stabilitatea conformațională. Un rol important îl joacă reziduul de arginină de la poziția 237, interacționând cu malat și NADP + , este implicat în formarea interacțiunii electrostatice cu gruparea carboxil încărcată negativ a acidului și gruparea fosfat a nucleotidei. Nu se știe dacă acest reziduu joacă un rol important în interacțiunile de legare a substratului sau determină poziția substratului în timpul catalizei. [7] Se presupune că reziduul de lizină din poziția 255 acționează ca o bază catalitică . Cu toate acestea, sunt necesare studii suplimentare pentru a stabili cu exactitate rolul său biochimic.
Dacă luăm în considerare această clasă de enzime în general, atunci enzimele malik se găsesc în multe organisme eucariote (de la ciuperci la mamifere). Este prezentată localizarea enzimelor la nivel subcelular. Enzima Malik este prezentă în citosol , mitocondrii și cloroplaste . În special, în plantele C4 , NADP-ME este localizat în cloroplastele celulelor care acoperă fasciculul conducător .
În timpul fotosintezei C 4 - o cale biochimică care a apărut pentru a concentra CO 2 la locul fixării sale RuBisCO - dioxidul de carbon pătrunde în celulele mezofile și formează oxalacetat . Apoi, oxalacetatul este redus la malat. Malatul este transportat la celulele de căptușeală, unde este supus decarboxilării cu participarea NADP-ME. Deoarece malatul intră într-o celulă a tecii din mai multe celule ale mezofilei, rezultatul este o concentrație de dioxid de carbon la locul fixării sale RuBisCo . [opt]
Rolul NADP-ME în concentrația de dioxid de carbon este confirmat de un studiu efectuat pe plante transgenice. Plantele transgenice cu pierderea parțială a funcției NADP-ME (40% din activitatea NADP-ME de tip sălbatic) au prezentat o scădere semnificativă a fixării CO 2 chiar și la niveluri ridicate de dioxid de carbon intercelular. Acest lucru indică importanța NADP-ME în reglarea fluxului de carbon către ciclul Calvin .
S- a demonstrat că expresia NADP-ME este reglată de factori de stres abiotic . Plantele CAM în condiţii de secetă se caracterizează prin închiderea stomatică pentru a evita pierderea de apă prin evaporare , ceea ce duce la lipsa de CO 2 . Acest proces este compensat de faptul că închiderea stomatică activează translația NADP-ME, care, la rândul său, în perioade scurte de absorbție a CO2 , crește eficiența absorbției CO2, permițând astfel să aibă loc fixarea carbonului .
Pe lângă reglarea pe termen lung a enzimei prin modificări ale expresiei genelor, există o reglare pe termen scurt care poate fi mediată de mecanisme alosterice . S-a arătat că, pentru inhibarea parțială a substratului C4NADP -ME , malatul probabil trebuie să aibă două situsuri de legare independente: unul în situsul activ și al doilea este alosteric. Totuși, efectul inhibitor este dependent de pH și apare doar la pH = 7, dar nu 8. Observarea modificării activității enzimatice în funcție de modificarea pH-ului este în concordanță cu ipoteza că NADP-ME este activ în timpul fotosintezei : reacțiile luminoase conduc la o creștere a bazicității în stroma cloroplastei - localizarea NADP-ME, ceea ce duce la o scădere a efectului inhibitor al malatului asupra NADP-ME, contribuind astfel la o creștere a reactivității enzimei. În schimb, încetinirea reacțiilor luminoase duce la o creștere a acidității mediului în stromă, determinând inhibarea NADP-ME de către malat. Necesitatea unui mecanism de reglare se explică prin faptul că reacțiile ciclului Calvin necesită produse de înaltă energie din faza luminii , NADPH și ATP și, în consecință, procesul de acumulare a CO 2 fără acești produse nu este util.
Pentru această proteină, poate fi utilizat modelul morfinei de reglare alosterică .
Enzima NADP-malik, ca toate celelalte decarboxilaze C4 , nu a fost dezvoltată de novo pentru a ajuta la fixarea CO2 de către RuBisCo . Cel mai probabil, NADP-ME a fost transformat din specia C 3 în timpul fotosintezei , dar este posibilă și o origine anterioară de la un strămoș citosol antic . În citosol , enzima a existat ca o serie de izoforme „casnice” concepute pentru a îndeplini diverse funcții, inclusiv menținerea nivelurilor de malat în timpul hipoxiei , îndepărtarea microsporilor și protejarea împotriva agenților patogeni . În ceea ce privește mecanismul de evoluție, se crede că funcționalitatea C4 a fost cauzată de o eroare în regiunile promotoare la duplicarea genelor, ceea ce a dus la supraexprimarea acesteia în regiunea codificatoare din celulele învelișului, dând naștere la neofuncționalizare . Alegerea în favoarea păstrării funcției de fixare a CO 2 , precum și a utilizării crescute a apei și azotului în condiții de stres, sa datorat presiunii evolutive.
S-a stabilit că în cursul evoluției enzima a dobândit mai multe caracteristici funcționale cheie, în special: creșterea activității catalitice, structura tetramerică și capacitatea de inhibare dependentă de pH de către propriul substrat, malatul [9] . Mutageneza dirijată la situs , împreună cu rezoluția structurii cristaline a C4 - NADP -ME din sorg și porumb , a permis identificarea unui număr de resturi de aminoacizi care asigură aceste funcții: