ASS (gen)
| ASS (gen) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifikatori | |||||||
| Aliasi | |||||||
| Vanjski ID-jevi | GeneCards: [1] | ||||||
| Ortolozi | |||||||
| Vrste | Čovjek | Miš | |||||
| Entrez |
|
| |||||
| Ensembl |
|
| |||||
| UniProt |
| ||||||
| RefSeq (mRNK) |
|
| |||||
| RefSeq (bjelančevina) |
|
| |||||
| Lokacija (UCSC) | n/a | n/a | |||||
| PubMed pretraga | n/a | n/a | |||||
| Wikipodaci | |||||||
| |||||||
| Argininosukcinat-sintetaza | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Kristalografska struktura ljudske argininosukcinat-sintetaze.[1]} | |||||||||
| Identifikatori | |||||||||
| EC broj | 6.3.4.5 | ||||||||
| CAS broj | 9023-58-9 | ||||||||
| Baze podataka | |||||||||
| IntEnz | IntEnz pregled | ||||||||
| BRENDA | BRENDA unos | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme pregled | ||||||||
| KEGG | KEGG unos | ||||||||
| MetaCyc | metabolički put | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB strukture | RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum | ||||||||
| Ontologija gena | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
| Argininosukcinat-sintetaza 1 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifikatori | |||||||
| Simbol | ASS1 | ||||||
| NCBI gen | 445 | ||||||
| HGNC | 758 | ||||||
| OMIM | 603470 | ||||||
| RefSeq | NM_000050 | ||||||
| UniProt | P00966 | ||||||
| Ostali podaci | |||||||
| EC broj | 6.3.4.5 | ||||||
| Lokus | Hrom. 9 q34.1 | ||||||
| |||||||
| Argininosukcinat-sintetaza | |
|---|---|
 Kristalna struktura argininosukcinat sintetaze Thermus thermophilus hb8 u kompleksu sa ATP i citrulinom | |
| Identifikatori | |
| Simbol | Arginosuc synth |
Argininosukcinat-sintaza ili sintetaza (ASS; EC 6.3.4.5) je enzim koji katalizira sintezu argininosukcinata iz citrulina i aspartata. Kod ljudi kodirasna je genom ASS koji se nalazi na hromosomu 9.
ASS je odgovoran za treći korak ciklusa ureje i jednu od reakcija ciklusa citrulin-NO.
Ekspresija
[uredi | uredi izvor]Sekvenca Gena ASS ima dužinu od najmanje 65 kb, uključujući najmanje 12 intronA.[2] Kod ljudi, ASS je ekprimiran uglavnom u ćelijama jetre i bubrega.
Mehanizam
[uredi | uredi izvor]U prvom koraku katalizirane reakcije, citrulin napada α-fosfat ATP, kako bi formirao citrulin-adenilat, reaktivni međuprodukt. Vezivanje AMP-a za ureido (sličan ureji) grupu na citrulinu aktivira karbonilni centar za kasniji nukleofilni napad. Ova aktivacija olakšava drugi korak, u kojem α-amino grupa aspartata napada ureido grupu. Napad aspartatom je korak ograničavanja brzine reakcije. Ovaj korak proizvodi slobodne AMP i L-argininosukcinat.[3]
Termodinamički, adenilacija citrulinske ureido grupe je povoljnija od analogne fosforilacije. Osim toga, napad citrulina na α-fosfat ATP-a proizvodi ekvivalentni pirofosfat, koji se može hidrolizirati u termodinamički povoljnoj reakciji, kako bi se osigurala dodatna energija za podsticanje adenilacije.[4]
Struktura
[uredi | uredi izvor]Kvaternarna
[uredi | uredi izvor]Argininosukcinat-sintetaza je homotetramer, pri čemu se svaka podjedinica sastoji od 412 ostataka.[6] Interfejsi između podjedinica sadrže niz slane mostove i vodikove veze, a C-kraj svake podjedinice uključen je u oligomerizaciju, interakcijom sa C-krajevima i domena vezanja nukleotida drugih podjedinica.[7]
Kristali rendgenskih zraka stvorene su strukture za argininosukcinat-sintetazu iz Thermus thermophilus , E. coli, Thermotoga maritime i Homo sapiens. U ASS -u T. thermophilus, E. coli i H. sapiens, citrulin i aspartat čvrsto su vezani u aktivnom mjestu, interakcijom s ostacima serina i arginina; interakcije supstrata s ostalim ostacima na aktivnom mjestu variraju ovisno o vrsti. U T. thermophilus, ureido grupa citrulina premještena je tokom nukleofilnog napada, kako bi se postigla dovoljna blizina α-fosfata ATP-a.[5] U E. coli, predlaže se da vezivanje ATP-a uzrokuje konformacijski pomak koji okuplja domen vezanja nukleotida i domen sintetaze.[8] Struktura argininosukcinat-sintetaze sa vezanim ATP-om na aktivnom mjestu nije postignuta, iako modeliranje sugerira da je udaljenost između ATP-a i ureido grupe citrulina manja u ljudskoj argininosukcinat-sintetazi nego u E. coli, pa je vjerovatno da je za katalizu potrebna znatno manja konformacijska promjena.[7] Domen vezanja ATP argininosukcinat-sintetaze sličan je onom kod drugih ATP N-tipa pirofosfataza.[8]
Funkcija
[uredi | uredi izvor]Argininosukcinat-sintetaza uključena je u sintezu kreatina, poliamina, arginina, ureje i dušik-oksida.[9]
Sinteza arginina
[uredi | uredi izvor]Transformacija citrulina u argininosukcinat je korak koji ograničava brzinu sinteze arginina. Aktivnost argininosukcinat-sintetaze u sintezi arginina uglavnom se javlja u vanjskoj mitohondrijskoj membrani periportnih jetrenih ćelija kao dio ciklusa ureje, s tim da se određena aktivnost javlja u ćelijama bubrežne kore .[6][9] Genetički nedostaci koji uzrokuju pogrešnu lokalizaciju argininosukcinat-sintetaze na vanjskoj membrani mitohondrija uzrokuju citrulininemiju tipa II.[9]
Kod fetusa i dojenčadi, arginin se također proizvodi putem aktivnosti argininosukcinat-sintetaze u ćelijama crijeva, vjerovatno za nadopunu niskog nivoa arginina koji se nalazi u majčinom mlijeku. Ekspresija argininosukcinat-sintetaze u crijevima prestaje nakon dvije do tri godine života.[9]
Smatra se da se regulacija aktivnosti argininosukcin-sintetaze u sintezi arginina događa prvenstveno na transkripcijskoj razini kao odgovor na glukokortikoide, cAMP, glukagon i insulin.[10] Također je "in vitro" dokazano da arginin snižava ekspresiju argininosukcinat-sintetaze, dok je citrulin regulira.[9]
Ciklus citrulin-NO
[uredi | uredi izvor]Enzim endotelna sintaza dušik-oksida proizvodi dušik-oksid iz arginina u endotelnim ćelijama.[9] Argininosukcinat-sintetaza i argininosukcinatn-lijaza recikliraju citrulin, nusprodukt proizvodnje dušik-oksida, u arginin. Budući da je dušik-oksid važna signalna molekula, ova uloga ASS-a značajna je za vaskularnu fiziologiju. U ovoj ulozi aktivnost argininosukcinat-sintetaze u velikoj mjeri reguliraju upalne ćelijske signalne molekule poput citokina.[6]
Pokazano je da se u endotelnim ćelijama ekspresija ASS-a povećava laminskim smicanjem naprezanja zbog pulsirajućeg protoka krvi.[11] Emerging evidence suggests that ASS may also be subject to regulation by phosphorylation at the Ser-328 residue by protein kinase C-α[12] and by nitrosylation at the Cys-132 residue by nitric oxide synthase.[7]
Klinički značaj
[uredi | uredi izvor]Citrulinemija
[uredi | uredi izvor]Citrulinemija je nasljedna autosomno recesivna bolest.[13] U genu ASS identificirano je najmanje 50 mutacija koje uzrokuju citrullinemiju tipa I. Većina ovih mutacija zamjenjuje jednu aminokiselinu drugom u ASS -u. Ove mutacije vjerojatno utiču na strukturu enzima i njegovu sposobnost vezanja za citrulin, aspartat i druge molekule. Nekoliko mutacija dovodi do proizvodnje abnormalno kratkog enzima koji ne može učinkovito odigrati svoju ulogu u ciklusu ureje.
Defekti ASS -a ometaju treći korak ciklusa ureje, sprečavajući jetru da prerađuje višak dušika u ureu. Kao rezultat toga, dušik (u obliku amonijaka) i drugi nusprodukti ciklusa ureje (poput citrulina) nakupljaju se u krvotoku. Amonijak je otrovan, posebno za nervni sistem. Akumulacija amonijaka u prvih nekoliko dana života dovodi do lošeg hranjenja, povraćanja, napada i drugih znakova i simptoma citrullinemije tipa I.
Liječenje ovog defekta uključuje dijetu sa niskim sadržajem proteina i dodatak prehrani sa argininom i fenilacetatom. Arginin dopušta da se ciklus ureje završi sam, stvarajući podloge potrebne za izvorno učvršćivanje amonijaka. To će smanjiti pH krvi. Osim toga, fenilacetat reagira s rezervnim glutaminom, rezultirajući fenilacetoglutaminom, koji se može izlučiti bubrezima.[14]
Kancer
[uredi | uredi izvor]U genu ASS identificirano je najmanje 50 mutacija s koje uzrokuju citrullinemiju tipa I. Većina ovih mutacija zamjenjuje jednu aminokiselinu drugom u ASS -u. Ove mutacije vjerojatno utiču na strukturu enzima i njegovu sposobnost vezanja za citrulin, aspartat i druge molekule. Nekoliko mutacija dovodi do proizvodnje abnormalno kratkog enzima koji ne može učinkovito obaviti svoju ulogu u ciklusu ureje.
Defekti ASS -a ometaju treći korak ciklusa ureje, sprječavajući jetru da prerađuje višak dušika u ureu. Kao rezultat toga, dušik (u obliku amonijaka) i drugi nusprodukti ciklusa uree (poput citrulina) nakupljaju se u krvotoku. Amonijak je otrovan, posebno za nervni sistem. Akumulacija amonijaka u prvih nekoliko dana života dovodi do lošeg hranjenja, povraćanja, napadaja i drugih znakova i simptoma citrullinemije tipa I.
Liječenje ovog defekta uključuje dijetu sa niskim sadržajem proteina i dodatak prehrani sa argininom i fenilacetatom. Arginin dopušta da se ciklus uree završi sam, stvarajući podloge potrebne za izvorno učvršćivanje amonijaka. To će smanjiti pH krvi. Osim toga, fenilacetat reagira s rezervnim glutaminom, rezultirajući fenilacetoglutaminom, koji se može izlučiti bubrezima.,[15] and melanoma.[16] Naprimjer, defekti ASS -a javljaju se u 87% karcinoma gušterače. Ćelije raka stoga ne mogu sintetizirati dovoljno arginina za svoje procese, pa se moraju oslanjati na arginin u prehrani. Pokazalo se da iscrpljivanje arginina u plazmi upotrebom arginin-deiminaza dovodi do regresije tumora kod miševa.[17]
Također pogledajte
[uredi | uredi izvor]Reference
[uredi | uredi izvor]- ^ PDB 2nz2; Karlberg T, Collins R, van den Berg S, Flores A, Hammarström M, Högbom M, Holmberg Schiavone L, Uppenberg J (mart 2008). "Structure of human argininosuccinate synthetase". Acta Crystallographica Section D. 64 (Pt 3): 279–86. doi:10.1107/S0907444907067455. PMID 18323623.
- ^ Freytag SO, Beaudet AL, Bock HG, O'Brien WE (oktobar 1984). "Molecular structure of the human argininosuccinate synthetase gene: occurrence of alternative mRNA splicing". Molecular and Cellular Biology. 4 (10): 1978–84. doi:10.1128/MCB.4.10.1978. PMC 369014. PMID 6095035.
- ^ Ghose C, Raushel FM (oktobar 1985). "Determination of the mechanism of the argininosuccinate synthetase reaction by static and dynamic quench experiments". Biochemistry. 24 (21): 5894–8. doi:10.1021/bi00342a031. PMID 3878725.
- ^ Kumar S, Lennane J, Ratner S (oktobar 1985). "Argininosuccinate synthetase: essential role of cysteine and arginine residues in relation to structure and mechanism of ATP activation". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 82 (20): 6745–9. Bibcode:1985PNAS...82.6745K. doi:10.1073/pnas.82.20.6745. PMC 390763. PMID 3863125.
- ^ a b Goto M, Omi R, Miyahara I, Sugahara M, Hirotsu K (juni 2003). "Structures of argininosuccinate synthetase in enzyme-ATP substrates and enzyme-AMP product forms: stereochemistry of the catalytic reaction". The Journal of Biological Chemistry. 278 (25): 22964–71. doi:10.1074/jbc.M213198200. PMID 12684518.
- ^ a b c Husson A, Brasse-Lagnel C, Fairand A, Renouf S, Lavoinne A (maj 2003). "Argininosuccinate synthetase from the urea cycle to the citrulline-NO cycle". European Journal of Biochemistry. 270 (9): 1887–99. doi:10.1046/j.1432-1033.2003.03559.x. PMID 12709047.
- ^ a b c Karlberg T, Collins R, van den Berg S, Flores A, Hammarström M, Högbom M, Holmberg Schiavone L, Uppenberg J (mart 2008). "Structure of human argininosuccinate synthetase". Acta Crystallographica Section D. 64 (Pt 3): 279–86. doi:10.1107/S0907444907067455. PMID 18323623.
- ^ a b Lemke CT, Howell PL (decembar 2001). "The 1.6 A crystal structure of E. coli argininosuccinate synthetase suggests a conformational change during catalysis". Structure. 9 (12): 1153–64. doi:10.1016/S0969-2126(01)00683-9. PMID 11738042.
- ^ a b c d e f Haines RJ, Pendleton LC, Eichler DC (2011). "Argininosuccinate synthase: at the center of arginine metabolism". International Journal of Biochemistry and Molecular Biology. 2 (1): 8–23. PMC 3074183. PMID 21494411.
- ^ Morris SM (2002). "Regulation of enzymes of the urea cycle and arginine metabolism". Annual Review of Nutrition. 22: 87–105. doi:10.1146/annurev.nutr.22.110801.140547. PMID 12055339.
- ^ Mun GI, Boo YC (april 2012). "A regulatory role of Kruppel-like factor 4 in endothelial argininosuccinate synthetase 1 expression in response to laminar shear stress". Biochemical and Biophysical Research Communications. 420 (2): 450–5. doi:10.1016/j.bbrc.2012.03.016. PMID 22430140.
- ^ Haines RJ, Corbin KD, Pendleton LC, Eichler DC (juli 2012). "Protein kinase Cα phosphorylates a novel argininosuccinate synthase site at serine 328 during calcium-dependent stimulation of endothelial nitric-oxide synthase in vascular endothelial cells". The Journal of Biological Chemistry. 287 (31): 26168–76. doi:10.1074/jbc.M112.378794. PMC 3406701. PMID 22696221.
- ^ Häberle J, Pauli S, Linnebank M, Kleijer WJ, Bakker HD, Wanders RJ, Harms E, Koch HG (april 2002). "Structure of the human argininosuccinate synthetase gene and an improved system for molecular diagnostics in patients with classical and mild citrullinemia". Human Genetics. 110 (4): 327–33. doi:10.1007/s00439-002-0686-6. PMID 11941481. S2CID 267227.
- ^ Devlin TM (2002). Textbook of biochemistry: with clinical correlations. New York: Wiley-Liss. str. 788. ISBN 0-471-41136-1.
- ^ Wu L, Li L, Meng S, Qi R, Mao Z, Lin M (februar 2013). "Expression of argininosuccinate synthetase in patients with hepatocellular carcinoma". Journal of Gastroenterology and Hepatology. 28 (2): 365–8. doi:10.1111/jgh.12043. PMID 23339388. S2CID 22969625.
- ^ Yoon JK, Frankel AE, Feun LG, Ekmekcioglu S, Kim KB (2013). "Arginine deprivation therapy for malignant melanoma". Clinical Pharmacology. 5: 11–9. doi:10.2147/CPAA.S37350. PMC 3534294. PMID 23293541.
- ^ Bowles TL, Kim R, Galante J, Parsons CM, Virudachalam S, Kung HJ, Bold RJ (oktobar 2008). "Pancreatic cancer cell lines deficient in argininosuccinate synthetase are sensitive to arginine deprivation by arginine deiminase". International Journal of Cancer. 123 (8): 1950–5. doi:10.1002/ijc.23723. PMC 4294549. PMID 18661517.
