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
Sekvenca Gena ASS ima dužinu od najmanje 65 kb, uključujući najmanje 12 intronA. Kod ljudi, ASS je ekprimiran uglavnom u ćelijama jetre i bubrega.
Mehanizam
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.
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.
thumb|left|upright=2.8| Reakciju katalizira argininosukcinat-sintetaza (adaptirano prema Goto et al. 2003).
Struktura
Kvaternarna
Argininosukcinat-sintetaza je homotetramer, pri čemu se svaka podjedinica sastoji od 412 ostataka. 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.
Aktivno mjesto
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. U E. coli, predlaže se da vezivanje ATP-a uzrokuje konformacijski pomak koji okuplja domen vezanja nukleotida i domen sintetaze. 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. Domen vezanja ATP argininosukcinat-sintetaze sličan je onom kod drugih ATP N-tipa pirofosfataza.
thumb|upright=1.75|left| Aktivno mjesto argininosukcinat-sintetaze sa vezanim citrulinom, ATP-om i aspartatom, u interakciji s odabranim ostacima aktivnog mjesta. Modelirano pomoću PyMol iz PDB 1J1Z.
Funkcija
Argininosukcinat-sintetaza uključena je u sintezu kreatina, poliamina, arginina, ureje i dušik-oksida.
Sinteza arginina
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 . Genetički nedostaci koji uzrokuju pogrešnu lokalizaciju argininosukcinat-sintetaze na vanjskoj membrani mitohondrija uzrokuju citrulininemiju tipa II.
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.
Smatra se da se regulacija aktivnosti argininosukcin-sintetaze u sintezi arginina događa prvenstveno na transkripcijskoj razini kao odgovor na glukokortikoide, cAMP, glukagon i insulin. Također je "in vitro" dokazano da arginin snižava ekspresiju argininosukcinat-sintetaze, dok je citrulin regulira.
Ciklus citrulin-NO
Enzim endotelna sintaza dušik-oksida proizvodi dušik-oksid iz arginina u endotelnim ćelijama. 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.
Pokazano je da se u endotelnim ćelijama ekspresija ASS-a povećava laminskim smicanjem naprezanja zbog pulsirajućeg protoka krvi. Emerging evidence suggests that ASS may also be subject to regulation by phosphorylation at the Ser-328 residue by protein kinase C-α and by nitrosylation at the Cys-132 residue by nitric oxide synthase.
Klinički značaj
Citrulinemija
Citrulinemija je nasljedna autosomno recesivna bolest. 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.
Kancer 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., and melanoma. 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.
Također pogledajte Citrulinemija Ciklus ureje Sintetaza
Reference
Vanjski linkovi GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Argininosuccinate Synthetase Deficiency; ASS Deficiency; Argininosuccinic Acid Synthetase Deficiency; CTLN1; Citrullinemia, Classic
Kategorija:EC 6.3.4 Kategorija:Ciklus ureje Kategorija:Geni na hromosomu 9 Kategorija:Ljudski proteini Kategorija:Enzimi Kategorija:Proteomika