Войти
| Серин-гидроксиметилтрансфераза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 PyMol визуализированная кристаллическая структура серингидроксиметилтрансферазы | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 2.1.2.1 | ||||||||
| Номер CAS | 9029-83-8 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | IntEnz view | ||||||||
| BRENDA | Запись BRENDA | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Запись KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| PRIAM | профиль | ||||||||
| структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
Серингидроксиметилтрансфераза (SHMT) представляет собой пиридоксальфосфат (PLP) (витамин B 6) зависимый фермент (EC 2.1.2.1 ), который играет играет важную роль в клеточных одноуглеродных путях, катализируя обратимые одновременные превращения L- серина в глицин и тетрагидрофолата (THF) в 5, 10-Метилентетрагидрофолат (5,10-CH 2 -THF). Эта реакция обеспечивает большую часть одноуглеродных единиц, доступных клетке.
Структура SHMT мономера похожа в прокариот и эукариот, но в то время как активный фермент является димером у прокариот, фермент существует в виде тетрамера в эукариотических клетках, хотя эволюционная основа для этого различия в структура неизвестна. Однако эволюционный путь, по которому SHMT идет от димерной формы прокариот к тетрамерной форме эукариот, можно легко рассматривать как своего рода событие удвоения. Другими словами, тетрамер SHMT эукариот напоминает два прокариотических димера, которые упакованы вместе, образуя то, что было описано как «димер димеров». Было обнаружено, что взаимодействие между двумя мономерами внутри димерной субъединицы происходит на большей площади контакта и, таким образом, намного более плотное, чем взаимодействие между двумя димерами. Серин гидроксиметилтрансфераза 2 человека (SHMT2) регулирует одноуглеродные реакции переноса, необходимые для метаболизма аминокислот и нуклеотидов, и недавно было показано регулируемое переключение между димерными и тетрамерными формами SHMT2, которое индуцируется пиридоксальфосфатом. участвовать в регуляции комплекса деубикутилазы BRISC, связывая метаболизм с воспалением. Димер SHMT2, но не связанный с PLP тетрамер, является мощным ингибитором мультимерного комплекса BRISC, раскрывая потенциальный механизм регуляции воспаления SHMT2
Отдельный мономер SHMT можно подразделить на три домена: N-конец «плечо», «большой» домен и «маленький» домен. Плечо N-конца, по-видимому, поддерживает тесное взаимодействие между двумя мономерами. Плечо, состоящее из двух альфа-спиралей и бета-листа, оборачивается вокруг другого мономера в олигомерной форме. «Большой» домен содержит сайт связывания PLP , как видно в других PLP-зависимых белках, таких как аспартатаминотрансфераза. Большой домен в эукариотической форме также содержит гистидин, который необходим для стабильности тетрамера. Все четыре гистидина этих остатков, по одному от каждого мономера, находятся в центре тетрамерного комплекса, где два гистидина из димерной субъединицы участвуют во взаимодействиях стэкинга с гистидинами другой субъединицы. Прокариотический SHMT имеет остаток пролина, а не гистидин в эквивалентном положении, что отчасти объясняет, почему прокариотический SHMT не образует тетрамеров.
Структура активного сайта высоко консервативна для эукариот и прокариот. формы. PLP заякорен с помощью лизина, который образует связь альдимин основание Шиффа с PLP альдегидом. Была выдвинута гипотеза, что ближайший тирозин функционирует как донор и акцептор протона 5>на стадии трансадлиминирования, а также на стадии переноса формила и что Остаток аргинина взаимодействует с боковой цепью тирозина во взаимодействии катион-π, что помогает снизить pKa тирозина, снижая барьер для переноса протона.
Механизм, обычно приписываемый ферментативной активности SHMT, представляет собой переамидирование с последующим отщеплением боковой цепи аминокислоты от остова. N-концевой амин серина совершает нуклеофильную атаку на альдимин между SHMT-лизином (внутренний альдимин) и PLP-альдегидом с образованием гем-диамина, а затем N-концевого амина одиночным. пара сводится к замещению лизина, образуя новый альдимин, на этот раз с серином (внешний альдимин). Считается, что близлежащий тирозин отвечает за большую часть переносов протонов, которые происходят во время трансальдиминирования.
Как только серин связывается с PLP, PLP запускает α-отщепление гидроксиметильной группы субстрата (серин). Эта группа высвобождается в виде молекулы формальдегида, потому что соседний глутамат отрывает протон от гидроксильной группы. После этого нуклеофильный амин на ТГФ атакует промежуточный свободный формальдегид с образованием промежуточного соединения карбиноламин. Во втором случае нуклеофильные амины на THF атакуют углерод боковой цепи серина, одновременно образуя карбиноламинный промежуточный продукт на THF и хиноидный промежуточный продукт с PLP. Однако ТГФ не является облигатным субстратом для SHMT, что означает, что расщепление серина и других ß-гидроксиаминокислот (таких как треонин ) может происходить без присутствия ТГФ и в в данном случае механизм - ретроальдольное расщепление. Кроме того, похоже, что последующая дегидратация промежуточного соединения карбиноламина с образованием метиленового мостика и полной циклизацией в 5,10-CH 2 -THF не катализируется. ферментом, и эта реакция может происходить спонтанно. Фактически, это преобразование может происходить вне фермента, но исследование показывает, что эта реакция быстрее и термодинамически выгодна, когда происходит внутри SHMT с помощью остатка Glu57. Кроме того, циклизация карбиноламинового промежуточного соединения с образованием 5,10-CH 2 -THF необходима для восстановления Glu57 своего протона, который используется для протонирования промежуточного хиноноида и завершения каталитического цикла.
Метаболизм фолиевой кислоты уже был предметом химиотерапевтических стратегий, но SHMT ингибирование, хотя и исследовалось, на самом деле не использовалось в коммерческих противоопухолевых препаратах.. Однако, поскольку фолаты, используемые ферментами метаболизма фолиевой кислоты и фолат-зависимыми ферментами, очень похожи по структуре, а имитаторы фолиевой кислоты уже широко используются в медицине, было нетрудно найти потенциальные молекулярные структуры, которые могут ингибировать SHMT. Например, пеметрексед уже используется в качестве антифолата для лечения мезотелиомы, и было обнаружено, что он является эффективным ингибитором SHMT, а скрининг других антифолатов показал, что лометрексол является еще одним эффективным ингибитором SHMT.
SHMT имеет также был исследован как потенциальная цель для противомалярийных препаратов. Исследования показывают, что среда активного центра SHMT Plasmodium (PSHMT) довольно сильно отличается от среды цитозольного SHMT человека, что дает возможность селективного ингибирования PSHMT и, таким образом, лечения малярии. инфекции. В частности, было показано, что определенные молекулы пиразолопирана обладают селективной наномолярной эффективностью против PSHMT. Однако слабая фармакокинетика не позволила этим пиразолопиранам быть эффективными на живых моделях.
Бактерии, такие как Escherichia coli и Bacillus stearothermophilus имеют версии этого фермента, и, по-видимому, у млекопитающих есть две изоформы SHMT: одна в цитоплазме (cSHMT), а другая в митохондриях (mSHMT). Растения могут иметь дополнительную изоформу SHMT в хлоропластах.
. У млекопитающих фермент представляет собой тетрамер из четырех идентичных субъединиц приблизительно по 50 000 дальтон каждая. Неповрежденный холоэнзим имеет молекулярную массу приблизительно 200000 дальтон и включает четыре молекулы PLP в качестве кофермента.
Помимо своей основной роли в метаболизме фолиевой кислоты, SHMT также катализирует другие реакции, которые могут быть биологически значимыми, включая превращение 5,10-метенилтетрагидрофолата в 10-формилтетрагидрофолат. В сочетании с C 1 -тетрагидрофолатсинтазой и тетрагидроптероатом cSHMT также катализирует превращение формиата в серин.
Синдром Смита – Магениса ( SMS) - редкое расстройство, которое проявляется как сложный набор черт, включая лицевые аномалии, необычное поведение и задержку в развитии. Это результат интерстициальной делеции в хромосоме 17p11.2, включая ген cSHMT, и небольшое исследование показало, что активность SHMT у пациентов с SMS составляла ~ 50% от нормы. Снижение SHMT приведет к меньшему количеству глицина, который может повлиять на нервную систему, действуя как агонист рецептора NMDA, и это может быть механизмом, лежащим в основе SMS.
