Cisztationin-γ-liáz

cisztationin-γ-liáz
Ciszteinmetabolizmus. A cisztationáz az alsó reakciót katalizálja.
Azonosítók
Jel	CTH, CSE
HGNC	2501
Entrez	1491
OMIM	607657
RefSeq	NM_001902
UniProt	P32929
Egyéb adatok
EC-szám	4.4.1.1
Lokusz	1. krom. p31.1

A cisztationin-γ-liáz (EC 4.4.1.1; röviden CTH vagy CSE, más néven cisztationáz), szabályos nevén l-cisztationin-cisztein-liáz (dezamináló, 2-oxobutanoát-képző)) a cisztationint ciszteinné, 2-oxobutanoáttá és ammóniává bontja:

l-cisztationin + H₂O → l-cisztein + 2-oxobutanoát + NH₃ (teljes reakció)

(1a) l-cisztationin → l-cisztein + 2-aminobut-2-enoát

(1b) 2-aminobut-2-enoát → 2-iminobutanoát (spontán)

(1c) 2-iminobutanoát + H₂O → 2-oxobutanoát + NH₃ (spontán)

A piridoxál-foszfát az enzim prosztetikus csoportja.[1][2][3]

A cisztationin ezenkívül az alábbi eliminációkat is katalizálja:

• l-homoszerin bontása H₂O-zé, NH₃-vá és 2-oxobutanoáttá
• l-cisztin bontása tiociszteinné, piruváttá és NH₃-vá[4]
• l-cisztein bontása piruváttá, NH₃-vá és H₂S-né

Egyes baktériumokban és emlősökben, beleértve az embert is, ez az enzim kén-hidrogént is létrehoz.[2][5] Ez a sejtek jelzésében résztvevő kevés gáz egyike.[6]

Enzimmechanizmus

A cisztationáz piridoxál-foszfátot használ a cisztationin S–γ-C kötésének felbontását könnyítendő, ciszteint felszabadítva.[3] A lizin a belső aldimint α-iminovajsav felszabadításával hozza újra létre. Ezután a külső ketimin hidrolízise történik, 2-oxobutirátot adva.[7]

A cisztationin aminocsoportja deprotonálódik, és a nukleofil belső aldiminnel reagál. Egy általános bázis általi újabb deprotonáció a külső aldimin keletkezését és a lizin eltávolítását okozza. A lizin ezután deprotonálhatja az α-szénatomot, az elektronsűrűséget a piridin nitrogénjére helyezve.[3] A piridoxál-foszfát a karbanion köztitermék stabilizálásához kell, különben a proton pK_a-ja túl magas lenne.[7] A β-C deprotonálódik, α–β-telítetlenséget okozva, és egy magányos párt az aldiminnitrogénhez tolva. Az aldimin újbóli létrehozásához e pár visszakerül, a S–γ-C kötést felbontva, ez ciszteint ad.[3]

A vinil-glioxilát piridoxaminszármazéka marad fenn a γ-elimináció után. A magányos pár a pirdin nitrogénjéről az elektronsűrűséget a γ-C felé tolja, ezt a lizin protonálja. A lizin reagál a külső aldiminnel, az elektronsűrűséget a β-C felé tolva, melyet egy általános sav protonál. Az imin hidrolízisével 2-oxobutirát keletkezik. A lizin deprotonálása ammónia távozását okozza, a katalitikus ciklust lezárva.[7]

A cisztationin-γ-liáz γ-szintázként is működhet a jelenlévő kiindulási anyagok mennyiségétől függően.[8] A mechanizmusok a vinil-glioxilát-származékig azonosak. A γ-szintáz-mechanizmusban a γ-C-nel kénnukleofil reagál, S–γ-C kötést létrehozva.[7][8]

A cisztationin-γ-liáz mechanizmusa

Szerkezete

A cisztationin-γ-liáz a Cys/Met metabolizmus PLP-dependens enzimjeinek családjának tagja. További tagok például a cisztationin-γ-szintáz, a cisztationin-β-liáz és a metionin-γ-liáz.[8] Tagja továbbá a nagyobb aszpartát-aminotranszferáz-családnak.[1][8] Sok más PLP-dependens enzimhez hasonlóan a cisztationin-γ-liáz D₂ szimmetriájú tetramer fehérje.[8]

A piridoxál-foszfátot az aktív helyen a Lys^212 köti meg.[2]

Kapcsolata betegségekkel

Gátolt cisztationáz aktív helye.[2] Az inhibitor és a Tyr^114 világoskékkel, a PLP lilával, a Lys^121 sárgával jelölve.

A cisztein a szemben lévő glutationszintézis sebességkorlátozó szubsztrátja. A glutation antioxidáns, mely a szem krisztallinjait védi a reaktív oxigénszármazékoktól, a denaturált krisztallinok kataraktákat okozhatnak. A cisztaionáz is reagál a reaktív oxigénszármazékokkal. Így a cisztationáz oxidációjakor aktivitása csökken, csökkentve a szem cisztein-, így a glutationkoncentrációját is, csökkentve az antioxidáns aktivitást, tovább csökkentve a cisztationázaktivitást. A cisztationáz csökkent aktivitása van jelen rákos és AIDS-es betegekben is[9]

A cisztationáz mutációi és hiányai és a cisztationinuria közt kapcsolatot mutattak ki. A T67I és a Q240E mutációk csökkentik az enzim affinitását a piridoxál-foszfáthoz, mely a működéséhez fontos kofaktor.[2] Az alacsony H₂S-szint összefügg egerekben a magas vérnyomással.[10]

Propinilglicin (a savas β-hidrogén mutatva).

A nagy cisztationázaktivitás okozta magas H₂S-szint összefügg az endotoxémiával, az akut hasnyálmirigy-gyulladással, a vérzéses sokkal és a diabetes mellitusszal.[2]

A propinilglicin és a β-cianoalanin a cisztationáz két irreverzibilis inhibitora, melyek a megnövekedett H₂S-szintekre használatosak. A propinilglicin aminocsoportja az aldimint támadja külső aldimint adva. Az alkin β-szénatomja deprotonálódik diént adva, melyet a Tyr^114 fenolja támadja. A belső aldimin regenerálódhat, de a vinil-éter sztérikusan gátolja az aktív helyet, így a piridoxál-foszfáttal nem reagálhat a cisztein.[2]

Szabályzás

A H₂S csökkenti a cisztationáz transzkripcióját 10-80 μM közti koncentrációban, azonban 120 μM körüli koncentrációkban ismét növekszik, 160 μM felett megszűnik a transzkripció.[6]

Jegyzetek

1. Biochemistry, 7th, New York: W. H. Freeman Company (2012) 
2. Sun Q, Collins R, Huang S, Holmberg-Schiavone L, Anand GS, Tan CH, van-den-Berg S, Deng LW, Moore PK, Karlberg T, Sivaraman (2009). „Structural basis for the inhibition mechanism of human cystathionine γ-lyase, an enzyme responsible for the production of H₂S”. J. Biol. Chem. 284 (5), 3076–85. o. DOI:10.1074/jbc.M805459200. PMID 19019829. 
3. Steegborn C, Clausen T, Sondermann P, Jacob U, Worbs M, Marinkovic S, Huber R, Wahl MC (1999). „Kinetics and inhibition of recombinant human cystathionine γ-lyase. Toward the rational control of transsulfuration”. J. Biol. Chem. 274 (18), 12675–84. o. DOI:10.1074/jbc.274.18.12675. PMID 10212249. 
4. Yamanishi T, Tuboi S (1981). „The mechanism of the L-cystine cleavage reaction catalyzed by rat liver γ-cystathionase”. J. Biochem. 89 (6), 1913–21. o. DOI:10.1093/oxfordjournals.jbchem.a133393. PMID 7287665. 
5. Wang R (2010. március 1.). „Toxic Gas, Lifesaver”. Scientific American 302 (3), 66–71. o. DOI:10.1038/scientificamerican0310-66. PMID 20184185. 
6. Wang M, Guo Z, Wang S (2013). „The effect of certain conditions in the regulation of cystathionine γ-lyase by exogenous hydrogen sulfide in mammalian cells”. Biochem. Genet. 51 (7–8), 503–13. o. DOI:10.1007/s10528-013-9581-1. PMID 23515848. 
7. Brzovic, Peter (1990. január 1.). „Reaction mechanism of Escherichia coli cystathionine .gamma.-synthase: direct evidence for a pyridoxamine derivative of vinylgloxylate as a key intermediate in pyridoxal phosphate dependent .gamma.-elimination and .gamma.-replacement reactions”. Biochemistry 29 (2), 442–451. o. DOI:10.1021/bi00454a020. PMID 2405904. 
8. Messerschmidt A, Worbs M, Steegborn C, Wahl MC, Huber R, Laber B, Clausen T (2003). „Determinants of enzymatic specificity in the Cys-Met-metabolism PLP-dependent enzymes family: crystal structure of cystathionine gamma-lyase from yeast and intrafamiliar structure comparison”. Biol. Chem. 384 (3), 373–86. o. DOI:10.1515/BC.2003.043. PMID 12715888. 
9. Sastre J, Martín JA, Gómez-Cabrera MC, Pereda J, Borrás C, Pallardó FV, Viña J (2005). „Age-associated oxidative damage leads to absence of gamma-cystathionase in over 50% of rat lenses: relevance in cataractogenesis”. Free Radic. Biol. Med. 38 (5), 575–82. o. DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2004.11.029. PMID 15683713. 
10. Yang G, Wu L, Jiang B, Yang W, Qi J, Cao K, Meng Q, Mustafa AK, Mu W, Zhang S, Snyder SH, Wang R (2008). „H₂S as a physiologic vasorelaxant: hypertension in mice with deletion of cystathionine γ-lyase”. Science 322 (5901), 587–90. o. DOI:10.1126/science.1162667. PMID 18948540. PMC 2749494. 

Fordítás

• Ez a szócikk részben vagy egészben a Cystathionine gamma-lyase című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

További információk

• Cystathionine+gamma-lyase a U.S. National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH) honlapján