Фермент

Научные отчеты, том 13, номер статьи: 312 (2023) Цитировать эту статью

1202 Доступа

1 Цитаты

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Пиридоксаль-5'-фосфат (PLP) является универсальным кофактором, который участвует в различных типах ферментативных реакций. Сообщалось также, что PLP реагирует с субстратами и катализирует некоторые из этих реакций независимо от ферментов. Одной из таких каталитических реакций является расщепление цистеина с образованием сероводорода (H2S) в присутствии ионов многовалентных металлов. Однако фермент-независимая каталитическая активность PLP в катаболизме цистеина в отсутствие многовалентных ионов неизвестна. В этом исследовании мы показываем, что PLP реагирует с цистеином с образованием тиазолидинового продукта, что подтверждается квантово-химическими расчетами спектра поглощения. Реакция PLP с цистеином зависит от ионной силы и pH. Тиазолидиновый продукт медленно разлагается с образованием H2S, а PLP регенерирует в свою активную форму с более длительным временем реакции (> 24 часов), что позволяет предположить, что PLP может действовать как катализатор. Мы предлагаем независимый от ферментов возможный механизм реакции катализируемого PLP распада цистеина с образованием H2S, который протекает через образование промежуточных соединений тиазолидинового кольца, которые позже медленно гидролизуются с регенерацией PLP. Эта работа демонстрирует, что PLP катализирует распад цистеина в отсутствие ферментов, оснований и ионов многовалентных металлов с образованием H2S.

Обнаружен в 1942 году Снеллом и др. пиридоксаль-5'-фосфат (PLP) представляет собой метаболически активную форму витамина B6. Это один из наиболее универсальных кофакторов ферментов, катализирующих множество реакций с аминокислотами1. ПЛП в качестве кофактора используется почти в 4% всех ферментных активностей2. PLP-зависимые ферменты катализируют трансаминирование, рацемизацию, декарбоксилирование, α, β и γ-замещения и элиминации, трансальдолацию, конденсацию Клайзена и, в последнее время, окислительное дезаминирование в присутствии аминокислот3. Интересно, что PLP также способен катализировать некоторые из этих реакций фермент-независимым образом. Трансаминирование, α, β-замещения и декарбоксилирование аминокислот катализируются ПЛП и ионами многовалентных металлов неферментативно в водных растворах4,5,6,7,8,9,10,11, хотя имеются сообщения о том, что они также протекают медленно, без ионов металлов12. Например, ПЛП в отсутствие ферментов подвергается медленному трансаминированию при нагревании с аминокислотами с образованием пиридоксамина4. Эти исследования пришли к выводу, что альдегидная группа PLP действует как активный центр и легко и обратимо реагирует с аминокислотами с образованием оснований Шиффа, которые в зависимости от других условий реакции реагируют дальше с образованием продуктов. Поскольку ПЛП генерирует эти продукты независимо от фермента, важно понимать прямое взаимодействие ПЛП с незаменимыми аминокислотами.

Фермент-независимая каталитическая роль ПЛП в реакции с цистеином в отсутствие ионов многовалентных металлов еще не изучена. Это связано с тем, что широко сообщалось, что реакция PLP с цистеином приводит к образованию стабильного продукта, тиазолидинового кольца, посредством конденсации13,14,15,16,17. Ранние исследования пришли к выводу, что образование тиазолидинового кольца происходит в три этапа: сначала добавление аминной группы из цистеина к альдегидной группе PLP, во-вторых, удаление воды с образованием альдиминного основания Шиффа и замыкание третьего кольца (рис. 1А). . Сообщалось, что тиазолидиновое кольцо стабильно более 24 часов, однако о более длительных исследованиях не сообщалось15. Альтернативно, тиоловая группа цистеина также может реагировать с альдегидной группой PLP с образованием гемимеркаптала или меркаптального промежуточного соединения17. Интересно, что когда производные цистеина, такие как S-(p-замещенные фенил)цистеины, подвергаются реакции с PLP в слабощелочных условиях, они подвергаются α-, β-элиминированию с образованием аналогов аммиака, пирувата и S-(p-замещенных фенилов) и PLP регенерируется (рис. 1Б). Это подтвердило каталитическую роль PLP в расщеплении S-замещенного цистеина в слабощелочных условиях18,19.