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酰胺基磷酸核糖基轉移酶

酰胺基磷酸核糖基轉移酶（英語：amidophosphoribosyltransferase，簡寫：ATase），也稱為穀氨酰胺磷酸核糖基焦磷酸酰胺基轉移酶 (英語：glutamine phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase，簡寫：GPAT)，是一種利用來自穀氨酰胺側鏈的胺基團催化5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）轉化為5-磷酸核糖-1-胺（PRA）的酶。這是從頭合成嘌呤的關鍵步驟。在人類中，它由 PPAT（磷酸核糖焦磷酸氨基轉移酶）基因編碼。[6][7]ATase是嘌呤/嘧啶磷酸核糖基轉移酶（PRTase）家族的成員。

PPAT
識別號
別名PPAT；, ATASE, GPAT, PRAT, phosphoribosyl pyrophosphate amidotransferase, Amidophosphoribosyltransferase
外部IDOMIM：172450 MGI：2387203 HomoloGene：68272 GeneCards：PPAT
為以下藥物的標靶
硫唑嘌呤、​mercaptopurine hydrate[1]
基因位置（人類）
4號染色體
染色體4號染色體[2]
4號染色體
PPAT的基因位置
PPAT的基因位置
基因座4q12起始56,393,362 bp[2]
終止56,435,615 bp[2]
直系同源
物種人類小鼠
Entrez

5471

231327

Ensembl

ENSG00000128059

ENSMUSG00000029246

UniProt

Q06203

Q8CIH9

mRNA​序列

NM_002703

NM_172146

蛋白序列

NP_002694

NP_742158

基因位置​（UCSC）Chr 4: 56.39 – 56.44 MbChr 5: 77.06 – 77.1 Mb
PubMed​查找[4][5]
維基數據
檢視/編輯人類檢視/編輯小鼠

結構核功能

酰胺基磷酸核糖基轉移酶
識別碼
EC編號 2.4.2.14
CAS號 9031-82-7
數據庫
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MetaCyc（英語：MetaCyc） 代謝路徑
PRIAM（英語：PRIAM_enzyme-specific_profiles） 概述
PDB RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum
基因本體 AmiGO / EGO

該酶由兩個結構域組成：通過水解從穀氨酰胺產生氨的穀氨酰胺酶結構域和將氨與核糖-5-磷酸結合的磷酸核糖基轉移酶結構域。[8]酶的兩個活性位點之間的協調使其具有特殊的複雜性。

穀氨酰胺酶結構域與其他N端親核體 (Ntn) 水解酶如氨甲酰磷酸合成酶 (CPSase) 同源。所有Ntn酰胺基轉移酶序列中的九個不變殘基在關鍵的催化、底物結合或結構發揮作用。末端半胱氨酸殘基在反應的第一部分充當親核試劑，類似於催化三聯體的半胱氨酸。[8][9]游離的N末端充當鹼基以激活親核試劑並使水解反應中的離去基團（在這種情況下為氨）質子化。催化位點的另一個關鍵方面是催化反應中間體的氧陰離子空穴，如下面的機制所示。[10]

PRTase結構域與參與嘌呤核苷酸合成和補救途徑的許多其他PRTase同源。所有PRTase都涉及通過各種親核體置換PRPP中的焦磷酸鹽。[11] ATase是唯一具有氨作為親核體的PRTase。[8]PRPP中的焦磷酸鹽是一個極好的離去基團，因此幾乎不需要化學助劑來促進催化。相反，酶的主要功能似乎是將反應物適當地聚集在一起並防止錯誤的反應，例如水解。[8]

除了具有各自的催化能力外，這兩個結構域還相互協調，以確保由穀氨酰胺產生的所有氨都轉移到PRPP，並且除氨外沒有其他親核體攻擊PRPP。這主要通過阻止氨的形成直到PRPP結合併將氨引導至PRTase活性位點來實現。[8]

PRPP對酶的初始​​激活是​​由「穀氨酰胺環」中的構象變化引起的，該環重新定位以能夠接受穀氨酰胺。這導致穀氨酰胺結合的Km值高出200倍。[12]一旦穀氨酰胺與活性位點結合，進一步的構象變化會將位點帶入酶，使其無法進入。[8]

這些構象變化還導致20Å長的氨通道的形成，這是這種酶最顯着的特徵之一。該通道沒有任何氫鍵位點，以確保氨從一個活性位點輕鬆擴散到另一個活性位點。該通道確保從穀氨酰胺釋放的氨到達PRTase催化位點，並且它與CPSase中的通道不同，[13]它是疏水的而不是極性的，是暫時的而不是永久的。[8]

反應機制

 
ATase催化機制的前半部分發生在穀氨酰胺酶結構域活性位點。催化半胱氨酸對底物進行親核攻擊以形成酰基酶中間體，該中間體通過水解分解。第三步產生氨，用於機制的後半部分。
 
ATase催化機制的後半部分發生在磷酸核糖基轉移酶結構域活性位點。在反應的前半部分釋放的氨取代了PRPP中的焦磷酸鹽，產生了磷酸核糖基胺。一個酪氨酸殘基穩定了過渡態並允許反應發生。

ATase催化的總反應如下：

PRPP + 穀氨酰胺 → PRA + 穀氨酸 + PPi

在酶內，反應被分解成兩個半反應，發生在不同的活性位點：

  1. 穀氨酰胺 → NH
    3     + 穀氨酸
  2. PRPP + NH
    3     → PRA + PPi

該機制的第一部分發生在穀氨酰胺酶結構域的活性位點，並通過水解從穀氨酰胺中釋放出一個氨基團。第一個反應釋放的氨然後通過20Å通道轉移到磷酸核糖基轉移酶結構域的活性位點，然後與PRPP結合形成PRA。

調節

在反饋抑制的一個例子中，ATase主要受到嘌呤合成途徑的終產物AMP、GMP、ADP和GDP的抑制。[8]來自同型四聚體的每個酶亞基具有這些抑制劑的兩個結合位點。別構（A）位點與PRPP的核糖-5-磷酸位點重疊，而催化（C）位點與PRPP的焦磷酸位點重疊。[8]特定核苷酸對與兩個位點的配對導致協同抑制比加性抑制更強。[8][14][15]抑制通過酶的結構變化發生，其中柔性穀氨酰胺環被鎖定在開放位置，從而阻止PRPP的結合。[8]

由於PRA的化學不穩定性，其在pH7.5和37°C下的半衰期為38秒，研究人員提出該化合物是在體內從酰胺基磷酸核糖基轉移酶引導至GAR合成酶。[16]

圖集

參考文獻

  1. ^ 對酰胺基磷酸核糖基转移酶起作用的藥物；在維基數據上查看/編輯參考. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000128059 - Ensembl, May 2017
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000029246 - Ensembl, May 2017
  4. ^ Human PubMed Reference:. National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine. 
  5. ^ Mouse PubMed Reference:. National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine. 
  6. ^ Entrez Gene: phosphoribosyl pyrophosphate amidotransferase. 
  7. ^ Brayton KA, Chen Z, Zhou G, Nagy PL, Gavalas A, Trent JM, Deaven LL, Dixon JE, Zalkin H. Two genes for de novo purine nucleotide synthesis on human chromosome 4 are closely linked and divergently transcribed. The Journal of Biological Chemistry. Feb 1994, 269 (7): 5313–21. PMID 8106516. doi:10.1016/S0021-9258(17)37689-5  . 
  8. ^ 8.00 8.01 8.02 8.03 8.04 8.05 8.06 8.07 8.08 8.09 8.10 Smith JL. Glutamine PRPP amidotransferase: snapshots of an enzyme in action. Current Opinion in Structural Biology. Dec 1998, 8 (6): 686–94. PMID 9914248. doi:10.1016/s0959-440x(98)80087-0. 
  9. ^ Smith JL, Zaluzec EJ, Wery JP, Niu L, Switzer RL, Zalkin H, Satow Y. Structure of the allosteric regulatory enzyme of purine biosynthesis. Science. Jun 1994, 264 (5164): 1427–1433. Bibcode:1994Sci...264.1427S. PMID 8197456. doi:10.1126/science.8197456. 
  10. ^ Overview for MACiE Entry M0214. EMBL-EBI. [2022-09-17]. （原始內容存檔於2015-04-02）. 
  11. ^ Musick WD. Structural features of the phosphoribosyltransferases and their relationship to the human deficiency disorders of purine and pyrimidine metabolism. CRC Critical Reviews in Biochemistry. 1981, 11 (1): 1–34. PMID 7030616. doi:10.3109/10409238109108698. 
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  14. ^ Chen S, Tomchick DR, Wolle D, Hu P, Smith JL, Switzer RL, Zalkin H. Mechanism of the synergistic end-product regulation of Bacillus subtilis glutamine phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase by nucleotides. Biochemistry. Sep 1997, 36 (35): 10718–10726. PMID 9271502. doi:10.1021/bi9711893. 
  15. ^ Zhou G, Smith JL, Zalkin H. Binding of purine nucleotides to two regulatory sites results in synergistic feedback inhibition of glutamine 5-phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase. The Journal of Biological Chemistry. Mar 1994, 269 (9): 6784–6789. PMID 8120039. doi:10.1016/S0021-9258(17)37444-6  . 
  16. ^ Antle VD, Liu D, McKellar BR, Caperelli CA, Hua M, Vince R. Substrate specificity of glycinamide ribonucleotide synthetase from chicken liver. The Journal of Biological Chemistry. 1996, 271 (14): 8192–5. PMID 8626510. doi:10.1074/jbc.271.14.8192  . 
取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=酰胺基磷酸核糖基转移酶&oldid=75212259」