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酰胺基磷酸核糖基转移酶

酰胺基磷酸核糖基转移酶（英语：amidophosphoribosyltransferase，简写：ATase），也称为谷氨酰胺磷酸核糖基焦磷酸酰胺基转移酶 (英语：glutamine phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase，简写：GPAT)，是一种利用来自谷氨酰胺侧链的胺基团催化5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）转化为5-磷酸核糖-1-胺（PRA）的酶。这是从头合成嘌呤的关键步骤。在人类中，它由 PPAT（磷酸核糖焦磷酸氨基转移酶）基因编码。[6][7]ATase是嘌呤/嘧啶磷酸核糖基转移酶（PRTase）家族的成员。

PPAT
識別號
别名PPAT；, ATASE, GPAT, PRAT, phosphoribosyl pyrophosphate amidotransferase, Amidophosphoribosyltransferase
外部IDOMIM：172450 MGI：2387203 HomoloGene：68272 GeneCards：PPAT
為以下藥物的標靶
硫唑嘌呤、​mercaptopurine hydrate[1]
基因位置（人类）
4號染色體
染色体4號染色體[2]
4號染色體
PPAT的基因位置
PPAT的基因位置
基因座4q12起始56,393,362 bp[2]
终止56,435,615 bp[2]
直系同源
物種人類小鼠
Entrez

5471

231327

Ensembl

ENSG00000128059

ENSMUSG00000029246

UniProt

Q06203

Q8CIH9

mRNA​序列

NM_002703

NM_172146

蛋白序列

NP_002694

NP_742158

基因位置​（UCSC）Chr 4: 56.39 – 56.44 MbChr 5: 77.06 – 77.1 Mb
PubMed​查找[4][5]
維基數據
檢視/編輯人類檢視/編輯小鼠

结构核功能

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酰胺基磷酸核糖基转移酶
识别码
EC編號 2.4.2.14
CAS号 9031-82-7
数据库
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MetaCyc（英语：MetaCyc） 代谢路径
PRIAM（英语：PRIAM_enzyme-specific_profiles） 概述
PDB RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum
基因本体 AmiGO / EGO

该酶由两个结构域组成：通过水解从谷氨酰胺产生氨的谷氨酰胺酶结构域和将氨与核糖-5-磷酸结合的磷酸核糖基转移酶结构域。[8]酶的两个活性位点之间的协调使其具有特殊的复杂性。

谷氨酰胺酶结构域与其他N端亲核体 (Ntn) 水解酶如氨甲酰磷酸合成酶 (CPSase) 同源。所有Ntn酰胺基转移酶序列中的九个不变残基在关键的催化、底物结合或结构发挥作用。末端半胱氨酸残基在反应的第一部分充当亲核试剂，类似于催化三联体的半胱氨酸。[8][9]游离的N末端充当碱基以激活亲核试剂并使水解反应中的离去基团（在这种情况下为氨）质子化。催化位点的另一个关键方面是催化反应中间体的氧阴离子空穴，如下面的机制所示。[10]

PRTase结构域与参与嘌呤核苷酸合成和补救途径的许多其他PRTase同源。所有PRTase都涉及通过各种亲核体置换PRPP中的焦磷酸盐。[11] ATase是唯一具有氨作为亲核体的PRTase。[8]PRPP中的焦磷酸盐是一个极好的离去基团，因此几乎不需要化学助剂来促进催化。相反，酶的主要功能似乎是将反应物适当地聚集在一起并防止错误的反应，例如水解。[8]

除了具有各自的催化能力外，这两个结构域还相互协调，以确保由谷氨酰胺产生的所有氨都转移到PRPP，并且除氨外没有其他亲核体攻击PRPP。这主要通过阻止氨的形成直到PRPP结合并将氨引导至PRTase活性位点来实现。[8]

PRPP对酶的初始​​激活是​​由“谷氨酰胺环”中的构象变化引起的，该环重新定位以能够接受谷氨酰胺。这导致谷氨酰胺结合的Km值高出200倍。[12]一旦谷氨酰胺与活性位点结合，进一步的构象变化会将位点带入酶，使其无法进入。[8]

这些构象变化还导致20Å长的氨通道的形成，这是这种酶最显着的特征之一。该通道没有任何氢键位点，以确保氨从一个活性位点轻松扩散到另一个活性位点。该通道确保从谷氨酰胺释放的氨到达PRTase催化位点，并且它与CPSase中的通道不同，[13]它是疏水的而不是极性的，是暂时的而不是永久的。[8]

反应机制

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ATase催化机制的前半部分发生在谷氨酰胺酶结构域活性位点。催化半胱氨酸对底物进行亲核攻击以形成酰基酶中间体，该中间体通过水解分解。第三步产生氨，用于机制的后半部分。
 
ATase催化机制的后半部分发生在磷酸核糖基转移酶结构域活性位点。在反应的前半部分释放的氨取代了PRPP中的焦磷酸盐，产生了磷酸核糖基胺。一个酪氨酸残基稳定了过渡态并允许反应发生。

ATase催化的总反应如下：

PRPP + 谷氨酰胺 → PRA + 谷氨酸 + PPi

在酶内，反应被分解成两个半反应，发生在不同的活性位点：

  1. 谷氨酰胺 → NH
    3     + 谷氨酸
  2. PRPP + NH
    3     → PRA + PPi

该机制的第一部分发生在谷氨酰胺酶结构域的活性位点，并通过水解从谷氨酰胺中释放出一个氨基团。第一个反应释放的氨然后通过20Å通道转移到磷酸核糖基转移酶结构域的活性位点，然后与PRPP结合形成PRA。

调节

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在反馈抑制的一个例子中，ATase主要受到嘌呤合成途径的终产物AMP、GMP、ADP和GDP的抑制。[8]来自同型四聚体的每个酶亚基具有这些抑制剂的两个结合位点。别构（A）位点与PRPP的核糖-5-磷酸位点重叠，而催化（C）位点与PRPP的焦磷酸位点重叠。[8]特定核苷酸对与两个位点的配对导致协同抑制比加性抑制更强。[8][14][15]抑制通过酶的结构变化发生，其中柔性谷氨酰胺环被锁定在开放位置，从而阻止PRPP的结合。[8]

由于PRA的化学不稳定性，其在pH7.5和37°C下的半衰期为38秒，研究人员提出该化合物是在体内从酰胺基磷酸核糖基转移酶引导至GAR合成酶。[16]

图集

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参考文献

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  1. ^ 對酰胺基磷酸核糖基转移酶起作用的藥物；在維基數據上查看/編輯參考. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000128059 - Ensembl, May 2017
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000029246 - Ensembl, May 2017
  4. ^ Human PubMed Reference:. National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine. 
  5. ^ Mouse PubMed Reference:. National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine. 
  6. ^ Entrez Gene: phosphoribosyl pyrophosphate amidotransferase. 
  7. ^ Brayton KA, Chen Z, Zhou G, Nagy PL, Gavalas A, Trent JM, Deaven LL, Dixon JE, Zalkin H. Two genes for de novo purine nucleotide synthesis on human chromosome 4 are closely linked and divergently transcribed. The Journal of Biological Chemistry. Feb 1994, 269 (7): 5313–21. PMID 8106516. doi:10.1016/S0021-9258(17)37689-5  . 
  8. ^ 8.00 8.01 8.02 8.03 8.04 8.05 8.06 8.07 8.08 8.09 8.10 Smith JL. Glutamine PRPP amidotransferase: snapshots of an enzyme in action. Current Opinion in Structural Biology. Dec 1998, 8 (6): 686–94. PMID 9914248. doi:10.1016/s0959-440x(98)80087-0. 
  9. ^ Smith JL, Zaluzec EJ, Wery JP, Niu L, Switzer RL, Zalkin H, Satow Y. Structure of the allosteric regulatory enzyme of purine biosynthesis. Science. Jun 1994, 264 (5164): 1427–1433. Bibcode:1994Sci...264.1427S. PMID 8197456. doi:10.1126/science.8197456. 
  10. ^ Overview for MACiE Entry M0214. EMBL-EBI. [2022-09-17]. （原始内容存档于2015-04-02）. 
  11. ^ Musick WD. Structural features of the phosphoribosyltransferases and their relationship to the human deficiency disorders of purine and pyrimidine metabolism. CRC Critical Reviews in Biochemistry. 1981, 11 (1): 1–34. PMID 7030616. doi:10.3109/10409238109108698. 
  12. ^ Kim JH, Krahn JM, Tomchick DR, Smith JL, Zalkin H. Structure and function of the glutamine phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase glutamine site and communication with the phosphoribosylpyrophosphate site. The Journal of Biological Chemistry. Jun 1996, 271 (26): 15549–15557. PMID 8663035. doi:10.1074/jbc.271.26.15549  . 
  13. ^ Thoden JB, Holden HM, Wesenberg G, Raushel FM, Rayment I. Structure of carbamoyl phosphate synthetase: a journey of 96 A from substrate to product. Biochemistry. May 1997, 36 (21): 6305–6316. CiteSeerX 10.1.1.512.5333  . PMID 9174345. doi:10.1021/bi970503q. 
  14. ^ Chen S, Tomchick DR, Wolle D, Hu P, Smith JL, Switzer RL, Zalkin H. Mechanism of the synergistic end-product regulation of Bacillus subtilis glutamine phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase by nucleotides. Biochemistry. Sep 1997, 36 (35): 10718–10726. PMID 9271502. doi:10.1021/bi9711893. 
  15. ^ Zhou G, Smith JL, Zalkin H. Binding of purine nucleotides to two regulatory sites results in synergistic feedback inhibition of glutamine 5-phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase. The Journal of Biological Chemistry. Mar 1994, 269 (9): 6784–6789. PMID 8120039. doi:10.1016/S0021-9258(17)37444-6  . 
  16. ^ Antle VD, Liu D, McKellar BR, Caperelli CA, Hua M, Vince R. Substrate specificity of glycinamide ribonucleotide synthetase from chicken liver. The Journal of Biological Chemistry. 1996, 271 (14): 8192–5. PMID 8626510. doi:10.1074/jbc.271.14.8192  . 
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