Синтаза тетрагидроканнабиноловой кислоты

синтаза тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) (полное название синтаза Δ-тетрагидроканнабиноловой кислоты) - это фермент, ответственный за катализ образования THCA из каннабигероловой кислоты (CBGA). THCA является прямым предшественником тетрагидроканнабинола (THC), основного психоактивного компонента каннабиса, который производится из различных штаммов Cannabis sativa. Таким образом, THCA-синтаза считается ключевым ферментом, контролирующим психоактивность каннабиса. Полиморфизм THCA-синтазы приводит к различным уровням THC в растениях каннабиса, что приводит к «лекарственному типу» и «волокнистому типу» C. sativa.

Содержание

1 Структура
2 Механизм реакции
3 Биологическая функция
4 Значение
5 Ссылки

Структура

THCA-синтаза представляет собой 60 кДа (~ 500 аминокислот) мономерный фермент с изоэлектрической точкой на уровне 6,4. Посттрансляционное N-связанное гликозилирование увеличивает общую массу примерно до 74 кДа. третичная структура разделена на два домена (домены I и II) с флавинадениндинуклеотидом (FAD), расположенным между двумя доменами. Домен I содержит восемь альфа-спиралей и восемь бета-листов и ковалентно связан с FAD. Домен II состоит из пяти альфа-спиралей, окруженных восемью бета-листами. Ферменты, имеющие сходные аминокислотные последовательности, включают флавопротеины фермент берберинового мостика (BBE), глюкоолигосахаридоксидазу (GOOX) и аклациномицин-оксидоредуктазу (AknOx).

FAD Фрагмент является местом ферментативной активности и ковалентно связан с His114 и Cys176. FAD также связывается водородными связями с соседними основными цепями и боковыми цепями аминокислот. Совместная кристаллизация THCA-синтазы с субстратом или продуктом еще не завершена.

Кофактор FAD (отмечен зеленым) расположен между доменом I и доменом II THCA-синтазы. Альфа-спирали имеют голубой цвет, а бета-листы - пурпурный.
FAD (зеленый) ковалентно связан с гистидином 114 и цистеином 176 (розовый).

Механизм реакции

Химическая структура каннбигероловой кислоты (CBGA), субстрата для THCA-синтазы.

THCA-синтаза, флавопротеин, использует флавинадениндинуклеотид (FAD) кофактор в катализирует окислительную циклизацию монотерпеновой части каннабигероловой кислота (CBGA). Подобные реакции циклизации происходят при биосинтезе монотерпена из геранилпирофосфата, но не являются окислительными. THCA-синтаза не проявляет каталитической активности против каннабигерола, у которого отсутствует карбоксильная группа по сравнению с CBGA, что позволяет предположить, что карбоксильная группа CBGA необходима для протекания реакции.

Общая химическая реакция: CBGA + O 2 $⇌ {\ displaystyle \ rightleftharpoons}$ $\ rightleftharpoons$ THCA + H 2O2

Химическая структура тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA), продукта THCA-синтаза.

Гидрид переносится из CBGA для уменьшения FAD, согласованного посредством депротонирования гидроксильной группы остатком тирозина. Затем монотерпеновый фрагмент в CBGA позиционируется для завершения циклизации в THCA. Окисление восстановленного FAD с помощью O 2 дает перекись водорода (H 2O2).

Механизм реакции THCA-синтазы. Модифицировано из Shoyama et al. J. Mol. Bio. 2012.

Биологическая функция

THCA-синтаза экспрессируется в железистых трихомах Cannabis sativa. THCA-синтаза может способствовать самозащите растений каннабиса, производя THCA и перекись водорода, которые оба являются цитотоксическими. Поскольку эти продукты токсичны для растений, THCA-синтаза секретируется в полость хранения трихома. THCA также действует как фактор, вызывающий некроз, открытие переходных пор проницаемости митохондрий, подавление жизнеспособности митохондрий и приводящее к старению в тканях листа.

Неферментативное декарбоксилирование THCA во время хранения или курения, формы THC, основной психоактивный компонент каннабиса. Дальнейшее разложение под воздействием температуры, автоокисления и воздействия света приводит к образованию каннабинола. ТГК и другие каннабиноиды ар Хорошо известно, что он уменьшает тошноту и рвоту и стимулирует чувство голода, особенно у пациентов, проходящих химиотерапию рака.

Ферменты, аналогичные THCA-синтазе, катализируют образование других каннабиноидов. Например, синтаза каннабидиоловой кислоты (CBDA) представляет собой флавопротеин, который катализирует аналогичную окислительную циклизацию CPGA в CBDA, доминирующий каннабиноидный компонент C. sativa типа волокон. CBDA подвергается аналогичному декарбоксилированию с образованием каннабидиола.

Значение

Спрос на ТГК фармацевтического качества и другие каннабиноиды высок из-за интереса к их потенциальному терапевтическому применению, но сдерживается правовые нормы выращивания C. sativa во многих странах. Прямой химический синтез THC затруднен из-за высоких затрат и низких выходов. Таким образом, было изучено использование THCA-синтазы для производства THC, поскольку CBGA легко синтезировать, а THCA легко декарбоксилатируется с образованием THC. Биосинтез THCA путем экспрессии THCA-синтазы в организмах предпринимались с ограниченным успехом у бактерий, насекомых и растений табака. Продукция THCA в миллиграммах была продемонстрирована на дрожжевых клетках Pichia pastoris в двух независимых исследованиях.

Ссылки