Argininosuccinato liase - Argininosuccinate lyase

Argininosuccinato liase
Tetramer ASLsmaller.png
Estrutura cristalina da argininossuccinato liase de pato com argininossuccinato ligado.
Identificadores
EC nº 4.3.2.1
CAS no. 9027-34-3
Bancos de dados
IntEnz Vista IntEnz
BRENDA Entrada BRENDA
ExPASy NiceZyme view
KEGG Entrada KEGG
MetaCyc via metabólica
PRIAM perfil
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontologia Genética AmiGO / QuickGO
Argininosuccinato liase
ASLMonomerwithdomains.png
Estrutura cristalográfica do monômero ASL humano com domínios marcados.
Identificadores
Símbolo ASL
Gene NCBI 435
HGNC 746
OMIM 608310
RefSeq NM_000048
UniProt P04424
Outros dados
Número CE 4.3.2.1
Locus Chr. 7 pter-q22

ASL ( argininossuccinato liase , também conhecido como argininossuccinase ) é uma enzima que catalisa a degradação reversível do argininossuccinato (ASA) produzindo o aminoácido arginina e o ácido dicarboxílico fumarato . Localizada no citosol hepático, a ASL é a quarta enzima do ciclo da ureia e está envolvida na biossíntese de arginina em todas as espécies e na produção de ureia em espécies ureotélicas . Mutações na ASL, resultando em baixa atividade da enzima, aumentam os níveis de uréia no corpo e resultam em vários efeitos colaterais.

O gene ASL está localizado no cromossomo 7 entre o centrômero (junção dos braços longo e curto) e o braço longo (q) na posição 11.2, do par de bases 64.984.963 ao par de bases 65.002.090.

ASL está relacionado à complementação intragênica .

Estrutura

ASL é composto por quatro monômeros idênticos; cada monômero consistindo em uma única cadeia polipeptídica entre 49 e 52 kDa, entre 196 e 208 kDa para toda a enzima tetramérica. Cada monômero tem três regiões altamente conservadas remotas umas das outras, mas essas regiões se agrupam no tetrâmero para formar quatro locais ativos. Portanto, cada homotetrâmero ASL tem quatro sítios ativos para catalisar a degradação do argininosuccinato.

Cada monômero no homotetrâmero ASL é composto de três domínios estruturais; todos os três são principalmente alfa helicoidais. Os domínios 1 e 3 são semelhantes em estrutura, pois ambos consistem em motivos de hélice-volta-hélice. O domínio 1 do monômero contém o terminal amino. O domínio 2 contém uma pequena folha beta, nove hélices alfa e o terminal carboxila. Três das nove hélices alfa em um monômero estão envolvidas principalmente em interações hidrofóbicas com outro monômero para formar um dímero. Dois dímeros então se associam por meio de hélice alfa, um de cada monômero, para formar um núcleo central de 20 hélices. A associação de todos os quatro monômeros permite a atividade catalítica em cada sítio ativo possível.

Complementação intragênica

Múltiplas cópias de um polipeptídeo codificado por um gene muitas vezes podem formar um agregado denominado multímero. Quando um multímero é formado a partir de polipeptídeos produzidos por dois alelos mutantes diferentes de um determinado gene, o multímero misto pode exibir maior atividade funcional do que os multímeros não misturados formados por cada um dos mutantes isoladamente. Quando um multímero misto exibe funcionalidade aumentada em relação aos multímeros não misturados, o fenômeno é referido como complementação intragênica . Em humanos, o ASL é uma proteína multímero (tetrâmero). Um distúrbio ASL em humanos pode surgir de mutações no gene ASL, particularmente mutações que afetam o sítio ativo da proteína multímero mutante. O transtorno de ASL está associado a uma considerável heterogeneidade clínica e genética, que é considerada um reflexo da extensa complementação intragênica que ocorre entre os pacientes individuais.

Mecanismo

slide 1
Mecanismo ASL proposto
Site ativo
Argininosuccinato (em amarelo) no sítio ativo de ASL

A clivagem do argininossuccinato pela enzima, para formar fumarato e arginina, ocorre por meio de uma reação de eliminação de E1cb. A base inicia a reação desprotonando o carbono adjacente à arginina, ou deixando o grupo. Estudos mutagênicos recentes de homólogos de ASL mostraram que a Histidina 162 ou Treonina 161 do ASL é responsável pela abstração de prótons do Cβ, direta ou indiretamente através de uma molécula de água. Acredita-se que a lisina 289 estabilize o intermediário carbanião carregado negativamente. Embora não haja consenso sobre o ácido catalítico que doa o próton ao grupo funcional imina do produto arginina, alguns estudos de mutagênese mostram que a serina 283 pode estar envolvida.

Papel no ciclo da ureia

A amônia (NH 3 ) é uma substância tóxica para muitos organismos aeróbios e deve ser excretada. Alguns organismos aquáticos liberam a toxina diretamente em seu ambiente, enquanto outras espécies ureotélicas devem converter seus resíduos de nitrogênio tóxico em componentes não tóxicos, como ácido úrico ou uréia, por meio de uma série de etapas catalisadas mais conhecidas como ciclo da ureia. O ASL catalisa a quarta etapa do ciclo, seguindo a ação da argininossuccinato sintetase (ASS) no citosol hepático. Enquanto ASS catalisa a formação de argininossuccinato a partir de citrulina e aspartato, o ASL quebra o argininossuccinato recém-formado em L-arginina e fumarato. A L-arginina continua ao longo do ciclo da ureia para formar uréia e ornitina, enquanto o fumarato pode entrar no ciclo do ácido cítrico.

δ-Cristalina

ASL, δ- cristalina , fumarase classe II, aspartase, adenilosuccinase liase e enzima lactonizante 3-carboxi-cis e cis-muconato são todos membros da mesma superfamília homotetramérica de enzimas, em que a maioria catalisa o mesmo tipo de reações de eliminação onde a A ligação CO ou CN é quebrada e o fumarato é liberado como um produto. δ-cristalinas são as principais proteínas estruturais solúveis em água do cristalino ocular da maioria das aves, répteis e alguns outros vertebrados.

Dentro da superfamília, a ASL está mais intimamente relacionada à δ-cristalina na sequência de aminoácidos e na estrutura de dobras da proteína. Existem duas isoformas de δ-cristalina, δI e δII. Essas duas isoformas conservam 69% e 71% da sequência de aminoácidos do ASL, respectivamente, mas apenas a isoforma δII retém a mesma atividade enzimática do ASL. As semelhanças levaram os pesquisadores a acreditar que esses cristalinos evoluíram do recrutamento para a lente de enzimas metabólicas preexistentes, como a ASL, por um processo chamado 'compartilhamento de genes'. O mesmo produto gênico funciona como cristalino do cristalino e como enzima em outros tecidos não oculares. Estudos comparativos das δ-cristalinas têm sido benéficos para a compreensão do mecanismo enzimático da reação ASL.

Mutações e deficiências de ASL: acidúria argininossuccínica

Mutações no gene ASL humano causam acidúria argininossuccínica, um distúrbio autossômico recessivo raro, e resulta em deficiências do ciclo da ureia. A argininosuccinato liase é uma enzima intermediária na via de síntese da ureia e sua função é imprescindível para a continuação do ciclo. Uma enzima que não funciona resulta no acúmulo de amônia, argininossuccinato e citrulina no sangue, e o argininossuccinato é excretado na urina. Outros sintomas resultantes incluem letargia, vômito, hipotermia, hiperventilação, hepatomegalia e encefalopatia progressiva em pacientes infantis e crescimento anormal do cabelo, fibrose hepática, vômito episódico, crescimento e atraso no desenvolvimento em pacientes que apresentam o distúrbio mais tarde na infância.

ASL é uma enzima chave na conversão de amônia em ureia durante o ciclo da ureia. A amônia atinge níveis tóxicos, resultando em hiperamonemia. A amônia é tóxica em parte porque afeta o sistema nervoso. Há evidências bioquímicas que mostram que aumentos na amônia podem inibir a glutaminase e, portanto, limitar a taxa de síntese de neurotransmissores como o glutamato, o que pode explicar o atraso no desenvolvimento em pacientes com acidúria argininosuccínica.

Uma mutação em pacientes com acidúria argininossuccínica ocorre quando a glutamina 286 sofre mutação para arginina. A enzima agora tem uma arginina carregada positivamente no lugar de uma glutamina carregada neutra e estudos sugerem que esta mudança pode estereicamente e / ou eletrostaticamente impedir uma mudança conformacional necessária para a catálise.

Referências

links externos