Ornitin transcarbamilaza

Ornitin transcarbamilaza ( OTC ) (numită și ornitincarbamoiltransferază ) este o enzimă ( Codul CE 2.1.3.3 ) care catalizează reacția dintre carbamoil fosfat (CP) și ornitină (Orn) pentru a forma citrulină (Cit) și fosfat (P i ). Există două clase OTC. Acest articol este despre OTC anabolic. OTC-urile anabolice furnizează al șaselea pas în biosinteza aminoacidului arginină la procariote [1] . De asemenea, OTC de la mamifere joacă un rol important în ciclul ureei , al cărui scop este captarea amoniacului toxic.și transformându-l în uree, o sursă mai puțin toxică de azot , pentru excreție.

Mecanismul de reacție

Structura

OTC este o proteină trimerică. Există trei situsuri active pe o proteină care sunt situate în spațiul dintre monomeri. Domeniul de legare la carbamoil fosfat este la capătul N-terminal al fiecărui monomer, în timp ce capătul C-terminal conține domeniul de legare la ornitină. Ambele domenii de legare au o structură similară cu o foaie β-pliată paralelă centrală delimitată de elice α și bucle [3] . Pe lângă domeniile de legare, OTC are bucle SMG. Se închid, închizând locul de legare, de îndată ce ambele substraturi se leagă. SMG reprezintă motivul de aminoacid conservat Ser-Met-Gly. După închidere, aceste reziduuri interacționează cu L-ornitina. Legarea CP induce o schimbare conformațională globală, în timp ce legarea L-ornitinei induce doar mișcarea buclei SMG pentru a închide și a izola locul de activare [4] .

Site activ

Motivul Ser-Thr-Arg-Thr-Arg dintr-o subunitate și His din subunitatea vecină interacționează cu gruparea CP fosfat pentru legare. Azotul primar al CP este legat prin resturi Gln, Cys și Arg. Oxigenul carbonil CP este legat prin Thr, Arg și His [6] .

Compoziția aminoacizilor

Uzinele OTC au cea mai mare diferență față de alte OTC. Au cu 50-70% mai puține reziduuri Leu, în timp ce sunt de două ori mai multe reziduuri Arg. Numărul de aminoacizi din OTS variază de la 322 la 340 de reziduuri. Animalele au cea mai mare densitate de Leu, care furnizează un pI pentru enzima animală de 6,8, în timp ce enzima vegetală are un pI de 7,6 [7] . OTC de șobolan, bovin și uman conțin același reziduu de fenilalanină C-terminal. Pe de altă parte, reziduurile lor N-terminale diferă. La șobolani la sfârșitul lui Ser, la un taur - Asp, la om - Gly [8] [9] .

Genomica

Gena OTC umană este localizată pe brațul scurt al cromozomului X (Xp21.1). Gena este localizată în catena (pozitivă) Watson și are 73 kb lungime. Cadrul deschis de citire a 1062 de nucleotide este distribuit pe 10 exoni și nouă introni. Proteina codificată are 354 de aminoacizi cu o greutate moleculară estimată de 39,935 kDa. Modificarea post-transcripțională lasă o peptidă matură cu 322 de aminoacizi și o masă de 36,1 kDa [10] . Proteina se găsește în matricea mitocondrială . La mamifere, OTC este exprimat în ficat și mucoasa intestinală subțire.

Mutații umane

Există 341 de mutații cunoscute în medicamentele umane fără prescripție medicală. 149 dintre aceste mutații provoacă hiperamoniemie în primele săptămâni de viață. 70 se manifestă prin hiperamoniemie la pacienții de sex masculin la o vârstă mai înaintată. Cele mai multe mutații apar în motive funcționale cunoscute, cum ar fi bucla SMG sau domeniile de legare CP [11] .

Lipsa

Mutațiile genei OTC pot cauza deficit de ornitin transcarbamilază. Această boală este clasificată ca o tulburare a ciclului ureei datorită faptului că, fără funcție OTC, amoniacul începe să se acumuleze în sânge. Acumularea de amoniac în sânge se numește hiperamoniemie. Deoarece amoniacul, deși toxic, este o sursă de azot pentru organism, nivelurile crescute determină o creștere a nivelului de aminoacizi, glutamat și alanină. Nivelurile de carbamoil fosfat (CP) vor începe să scadă pe măsură ce nivelurile de azot ureic din sânge scad. Acest lucru va determina CP să treacă la calea monofosfatului de uridină. Acidul orotic este un produs al acestei căi. Nivelurile crescute de acid orotic în urină pot fi un indicator că pacientul suferă de o boală asociată cu hiperamoniemia.

Deficiența OTC se manifestă atât într-o formă timpurie, cât și într-o formă tardivă.

Lipsa timpurie

Deficiența precoce este observată la nou-născuți. Simptomele unei tulburări ale ciclului ureei adesea nu apar până când copilul este acasă și este posibil să nu fie detectate în timp util de familie și de medicul curant. Simptomele la copiii mici cu hiperamoniemie sunt nespecifice: reticența de a mânca, probleme cu respirația, temperatura corpului, convulsii, mișcări neobișnuite ale corpului (smucituri) și somnolență. [12] Pe ​​măsură ce amoniacul se acumulează, simptomele progresează de la somnolență la letargie, putând termina în comă . Poziția anormală (mișcare necontrolată) și encefalopatia (lezarea creierului) sunt adesea asociate cu un anumit grad de umflare a sistemului nervos central și presiune asupra trunchiului cerebral . Aproximativ 50% dintre nou-născuții cu hiperamoniemie severă au convulsii .

Deficiență tardivă

Cu o deficiență mai ușoară (sau parțială) a enzimelor din ciclul ureei, acumularea de amoniac poate fi cauzată de boală sau stres aproape în orice moment al vieții, ducând la o creștere multiplă moderată a concentrației plasmatice de amoniac [Bourrier et al. 1988]. La pacienții cu deficit parțial de enzime, simptomele pot fi întârziate cu luni sau ani. Semnele că ați putea suferi de o deficiență OTC sau de tulburarea ciclului ureei includ „episoade de delir, comportament neregulat sau conștiință deprimată, dureri de cap, vărsături, aversiunea față de alimente bogate în proteine ​​și convulsii”. [13]

Tratament

Un tratament potențial pentru niveluri ridicate de amoniac este administrarea de benzoat de sodiu , care se combină cu glicină pentru a forma hipurat în timp ce elimină gruparea de amoniu. Biotina joacă, de asemenea, un rol important în funcția OTC [14] și s-a demonstrat în experimente pe animale că reduce toxicitatea amoniacului. În plus, a fost propusă și studiată utilizarea hipotermiei terapeutice pentru întregul corp ca tratament. Se crede că crește eficiența dializei pentru a elimina amoniacul din organism [15] .

Note

  1. ↑ „Biosinteza și metabolismul argininei în bacterii”. Recenzii microbiologice . 50 (3): 314-52. septembrie 1986. PMID  3534538 .
  2. ↑ „Mecanismul de inactivare a ornitinei transcarbamoilazei de către Ndelta -(N'-Sulfodiaminofosfinil)-L-ornitină, un adevărat analog al stării de tranziție? Structura cristalină și implicații pentru mecanismul catalitic”. Jurnalul de chimie biologică . 275 (26): 20012-9. iunie 2000. doi : 10.1074/jbc.M000585200 . PMID  10747936 .
  3. ↑ „Structurile cristaline ale ornitin carbamoiltransferazei din Mycobacterium tuberculosis și complexul său ternar cu carbamoil fosfat și L-norvalină dezvăluie mecanismul catalitic al enzimei”. Jurnalul de Biologie Moleculară . 375 (4): 1052-63. ianuarie 2008. doi : 10.1016/j.jmb.2007.11.025 . PMID  18062991 .
  4. ^ „Schimbarea conformațională indusă de substrat într-o ornitin transcarbamoilază trimerică”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 94 (18): 9550-5. Septembrie 1997. doi : 10.1073/pnas.94.18.9550 . PMID  9275160 .
  5. ↑ 12 PDB 1C9Y ; _ „Structura cristalină a ornitin transcarbamilază umană complexată cu carbamoil fosfat și L-norvalină la o rezoluție de 1,9 A”. Proteine ​​. 39 (4): 271-7. Iunie 2000. DOI : 10.1002/(SICI)1097-0134(20000601)39:4<271::AID-PROT10>3.0.CO;2-E . PMID 10813810 .  
  6. ^ „ Ornitin transcarbamilază umană: perspective cristalografice asupra recunoașterii substratului și modificărilor conformaționale”. Jurnalul Biochimic . 354 (Pt 3): 501-9. martie 2001. doi : 10.1042/ bj3540501 . PMID 11237854 . 
  7. ↑ „Purificarea și caracterizarea ornitin transcarbamilază din mazăre ( Pisum sativum L.)” . Fiziologia plantelor . 96 (1): 262-8. 1991-05-01. DOI : 10.1104/pp.96.1.262 . PMID  11538003 .
  8. ^ „Izolarea și caracterizarea ornitin transcarbamilază din ficat uman normal”. Jurnalul de chimie biologică . 253 (11): 3939-44. iunie 1978. PMID  25896 .
  9. ↑ Ornitin transcarbamilaza ficatului de șobolan. Proprietăți cinetice, fizice și chimice”. Jurnalul de chimie biologică . 254 (20): 10030-6. octombrie 1979. PMID  489581 .
  10. ^ „Direcționarea pre-ornitin transcarbamilază către mitocondrii: definiția regiunilor critice și a reziduurilor din peptida lider”. celula . 44 (3): 451-9. februarie 1986. DOI : 10.1016/0092-8674(86)90466-6 . PMID  3943133 .
  11. ^ „Mutații și polimorfisme în gena ornitin transcarbamilază umană (OTC)”. Mutația umană . 27 (7): 626-32. iulie 2006. doi : 10.1002/ humu.20339 . PMID 16786505 . 
  12. ↑ Deficit de ornitin transcarbamilază . Genetică Acasă Referință . Biblioteca Națională de Medicină, Departamentul de Sănătate și Servicii Umane din SUA. Preluat la 3 martie 2019. Arhivat din original la 26 septembrie 2020.
  13. ↑ Deficit de ornitin transcarbamilază . Centrul de informare privind bolile genetice și rare (GARD) – un program NCATS . National Institutes of Health, Departamentul de Sănătate și Servicii Umane din SUA. Preluat la 3 martie 2019. Arhivat din original la 6 martie 2019.
  14. ↑ „Efectul biotinei asupra intoxicației cu amoniac la șobolani și șoareci”. Jurnal de Gastroenterologie . 30 (3): 351-5. iunie 1995. doi : 10.1007/ bf02347511 . PMID 7647902 . 
  15. ↑ „Fezabilitate a tratamentului adjuvant al hipotermiei terapeutice pentru hiperamoniemia și encefalopatia datorată tulburărilor ciclului ureei și acidemia organică”. Genetica moleculara si metabolism . 109 (4): 354-9. august 2013. doi : 10.1016/ j.ymgme.2013.05.014 . PMID 23791307 . 

Lectură suplimentară

Link -uri

 Enzime
Activitate
Regulament
Clasificare
Tipuri