Sandbox pah
From Proteopedia
(Difference between revisions)
| Line 17: | Line 17: | ||
<scene name='Sandbox_pah/Pah_monomer_with_bh4_and_fe/5'> לחץ כאן </scene> לצפיה באתר הפעיל בהגדלה - שים לב ליון הברזל המסומן בורוד ).האיזור מסומן בירוק על התמונה </div> | <scene name='Sandbox_pah/Pah_monomer_with_bh4_and_fe/5'> לחץ כאן </scene> לצפיה באתר הפעיל בהגדלה - שים לב ליון הברזל המסומן בורוד ).האיזור מסומן בירוק על התמונה </div> | ||
| - | <div dir='rtl'> 3. דומיין האוליגומריזציה (מחומצה אמינית 411 ועד לחומצה אמינית 452 הנמצאת בקצה ה-C טרמינלי של השרשרת) - מרכב משני משטחי ביתא אנטי מקבילים ומסליל אלפא אחד.האיזור מסומן בכחול על התמונה </div> | + | <div dir='rtl'> 3. דומיין האוליגומריזציה (מחומצה אמינית 411 ועד לחומצה אמינית 452 הנמצאת בקצה ה-C טרמינלי של השרשרת) - מרכב משני משטחי ביתא אנטי מקבילים ומסליל אלפא אחד.האיזור מסומן בכחול על התמונה (6,7,8) </div> |
[[Image:Pah.png|250px ]] | [[Image:Pah.png|250px ]] | ||
| Line 31: | Line 31: | ||
====<div dir='rtl'> המבנה הרביעוני של פנילאלנין הידרוקסילאז </div>==== | ====<div dir='rtl'> המבנה הרביעוני של פנילאלנין הידרוקסילאז </div>==== | ||
| - | <div dir='rtl'>מבנה רביעוני של חלבון נוצר כאשר שרשרות חלבון בעלות מבנה שלישוני מתאחדות ויוצרות אוליגומר. פנילאלנין הידרוקסילאז מאופיין בשני מבנים רביעונים פעילים הנמצאים בשוו"מ - מבנה של <scene name='Sandbox_pah/Dimer_pah/1'>דימר </scene> ומבנה של טטרמר (מודל של טטרמר מופיע בתמונה השמאלית למעלה). שני המבנים פעילים בזירוז התגובה להפיכת פנילאלנין לטירוזין, אך פעילותו של הדימר יעילה פחות מזו של הטטרמר. </div> צפיה בדימר ובטטרמר מאפשרת הבנה של האופן בו נוצר המבנה הרביעוני של פניל אלנין הידרוקסילאז. כאמור, בדומיין האחראי לאוליגומריזציה ישנו סליל אלפא. בתהליך יצירת הדימר והטטרמר נצמדים סלילי האלפא של המונומרים השונים אלו לאלו ובאמצעות שחלוף דומיינים יוצרים מבנה של סליל מלופף. באופן הזה מתקבל מבנה רביעוני פעיל של החלבון פנילאלנין הידרוקסילאז, ומתאפשר תפקודו כזרז.</div> | + | <div dir='rtl'>מבנה רביעוני של חלבון נוצר כאשר שרשרות חלבון בעלות מבנה שלישוני מתאחדות ויוצרות אוליגומר. פנילאלנין הידרוקסילאז מאופיין בשני מבנים רביעונים פעילים הנמצאים בשוו"מ - מבנה של <scene name='Sandbox_pah/Dimer_pah/1'>דימר </scene> ומבנה של טטרמר (מודל של טטרמר מופיע בתמונה השמאלית למעלה). שני המבנים פעילים בזירוז התגובה להפיכת פנילאלנין לטירוזין, אך פעילותו של הדימר יעילה פחות מזו של הטטרמר. </div> צפיה בדימר ובטטרמר מאפשרת הבנה של האופן בו נוצר המבנה הרביעוני של פניל אלנין הידרוקסילאז. כאמור, בדומיין האחראי לאוליגומריזציה ישנו סליל אלפא. בתהליך יצירת הדימר והטטרמר נצמדים סלילי האלפא של המונומרים השונים אלו לאלו ובאמצעות שחלוף דומיינים יוצרים מבנה של סליל מלופף. באופן הזה מתקבל מבנה רביעוני פעיל של החלבון פנילאלנין הידרוקסילאז, ומתאפשר תפקודו כזרז.(7)</div> |
===<div dir='rtl'> פעילות האנזים פנילאלנין הידרוקסילאז וחשיבותו </div>=== | ===<div dir='rtl'> פעילות האנזים פנילאלנין הידרוקסילאז וחשיבותו </div>=== | ||
| Line 56: | Line 56: | ||
היסטידין His 285 וטריפטופן Trp326 יוצרות אינטראקציות π-π בין טבעות הבנזניות שלהן ואלה של הסובסטראט (פנילאלנין), וארגינין Arg270 , סרין Ser349 ותראונין Thr278 מגיבות עם הקבוצות הטעונות של הסובסטראט. האינטראקציות גורמות לכך שפנילאלנין מקבל כיווניות מתתאימה להמשך התגובה. | היסטידין His 285 וטריפטופן Trp326 יוצרות אינטראקציות π-π בין טבעות הבנזניות שלהן ואלה של הסובסטראט (פנילאלנין), וארגינין Arg270 , סרין Ser349 ותראונין Thr278 מגיבות עם הקבוצות הטעונות של הסובסטראט. האינטראקציות גורמות לכך שפנילאלנין מקבל כיווניות מתתאימה להמשך התגובה. | ||
יון הברזל בא בין החנקן בחומצות אמיניות היסטידין His285 ו- His290 לבין חמצן בחומצה אמינית Glu330. מולקולת החמצן נקשרת לקשר הכפול של BH4 וגם ליון הברזל. | יון הברזל בא בין החנקן בחומצות אמיניות היסטידין His285 ו- His290 לבין חמצן בחומצה אמינית Glu330. מולקולת החמצן נקשרת לקשר הכפול של BH4 וגם ליון הברזל. | ||
| - | מצב המעבר של הסובסטראט נראה כך:(5) | + | מצב המעבר של הסובסטראט נראה כך:(5, 7) |
[[Image:Pah_meh.png ]]</div> | [[Image:Pah_meh.png ]]</div> | ||
| Line 79: | Line 79: | ||
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Tyrosine | 4. http://en.wikipedia.org/wiki/Tyrosine | ||
| - | 5. Teigen K. The Reaction Mechanism of Phenylalanine Hydroxylase - A Question of Coordination. Pteridines Vol. 16, 2005, pp. 27 - 34 | + | 5. Teigen K. The Reaction Mechanism of Phenylalanine Hydroxylase - A Question of Coordination. Pteridines Vol. 16, 2005, pp. 27 - 34. |
| + | |||
| + | 6. Andersen O.A., Flatmark T., Hough E. Crystal Structure of the Ternary Complex of the Catalytic Domain of Human Phenylalanine Hydroxylase with Tetrahydrobiopterin and 3-(2-Thienyl)-L-alanine, and its Implications for the Mechanism of Catalysis and Substrate Activation. J. Mol. Biol. (2002) 320, 1095–1108. | ||
| + | |||
| + | 7. Fitzpatrick P. F. Tetrahydropterin-Dependent Amino Acid Hydroxylases. Annu. Rev. Biochem. 1999. 68:355–381. | ||
| + | |||
| + | 8. Shi Z., Sellers J., Moult J. Protein stability and in vivo concentration of missense mutations in phenylalanine hydroxylase. Proteins 2012; 80:61–70. | ||
Revision as of 09:51, 28 February 2013
Contents |
PAH פנילאלנין הידרוקסילאז
החלבון הוא אנזים המיוצר בכבד ותפקידו לזרז את התגובה שבה החומצה האמינית פנילאלנין הופכת לחומצה האמינית טירוזין. החומצה האמינית פנילאלנין הינה אחת מן החומצות האמיניות החיונית בגוף האדם (חומצה אמינית חיונית היא חומצה אמינית שגוף האדם אינו מייצר בעצמו ועליו לקבל אותה ממקורות מזון חיצוניים). תפקיד החלבון הוא לסלק מן הגוף עודפים של פנילאלנין ע"י הפיכתה, כאמור, לטירוזין. אם חל שיבוש בפעילות החלבון, או שקיים פגם בתהליך ייצורו, יצטברו עודפים של החומצה האמינית פנילאלנין בגוף. תופעה זו עלולה לפגוע במערכת העצבים ולגרום לפיגור שכלי. המחלה פנילקטונוריה היא מחלה תורשתית קשה המאופיינת בתופעות אלו, ונגרמת בשל חסר באנזים .
מבנה החלבון
ניתן למצוא את האנזים פנילאלנין הידרוקסילאז בשלושה מבנים שונים - , וכטטרמר (מודל של טטרמר מופיע בתמונה הימנית למטה). בטרם נענה על השאלה איזה מן המבנים הוא המבנה הפעיל, נתאר את המבנה של שרשרת מונומרית אחת.
| |||||||||||
מבנה המונומר של פנילאלנין הידרוקסילאז
יחידת המבנה הבסיסית של החלבון הינה המרכב מכ-450 חומצות אמיניות.
לצפיה במבנים השניוניים של החלבון - שים לב לסלילי אלפא הצבועים בסגול ולמשטחי ביתא הצבועים בצהוב.
המונומר נושא 3 דומיינים:
1. דומיין רגולטורי (מהקצה ה -N טרמינלי ועד לחומצה אמינית 142) - מרכב מסלילי אלפא ומשטחי ביתא היוצרים מוטיב סנדוויץ. רצף החומצות האמיניות 19-33 יוצר מבנה המפקח על הגישה לאתר הפעיל.האיזור מסומן בצהוב על התמונה
2. דומיין קטליטי - (חומצות אמיניות 143 - 410) - מרכב מ-13 סלילי אלפא ומ- 8 משטחי ביתא היוצרים מבנה דמוי סל המהווה את האתר הפעיל. האתר הפעיל מרכב מ-34 חומצות אמיניות, רובן הידרופוביות, מלבד 3 שיירים טעונים של החומצה הגלוטמית , 2 שיירים טעונים של היסטידין וחומצה אמינית אחת מסוג טירוזין. בנוסף מצוי באתר הפעיל הקופקטור טטרהידרוביופטרין BH4. ( למבנה תלת מימדי של המונומר עם הדגשת ה- BH4). בתחתית האתר הפעיל ממוקם יון ברזל הקשור להיסטידין 285, היסטידין 290 וחומצה גלוטמית 330 (
לצפיה באתר הפעיל בהגדלה - שים לב ליון הברזל המסומן בורוד ).האיזור מסומן בירוק על התמונה
3. דומיין האוליגומריזציה (מחומצה אמינית 411 ועד לחומצה אמינית 452 הנמצאת בקצה ה-C טרמינלי של השרשרת) - מרכב משני משטחי ביתא אנטי מקבילים ומסליל אלפא אחד.האיזור מסומן בכחול על התמונה (6,7,8)
גרף רמצ'נדראן של מונומר
מניתוח נוכל להשלים מידע על המבנים השניוניים המרכיבים מונומר של פנילאלנין הידרוקסילאז.
באיזור השמאלי העליון, מסומנים כנקודות צהובות על הגרף, מופיעים משטחי ביתא. ניתן לזהות את משטחי הביתא המסומנים בצהוב גם במודל התלת מימדי של .
באיזור השמאלי התחתון, מסומנים כנקודות ורודות על הגרף, מופיעים סלילי אלפא הניתנים לזיהוי בצבע דומה גם במודל התלת מימדי של .
גרף רמצ'נדראן של דימר
של נוכל לראות שהוכפלו המבנים השניוניים של המונומר, והמבנים השניוניים המרכיבים את הדימר של פנילאלנין הידרוקסילאז זהים למונומר, אך כמותם גדולה יותר.
המבנה הרביעוני של פנילאלנין הידרוקסילאז
מבנה רביעוני של חלבון נוצר כאשר שרשרות חלבון בעלות מבנה שלישוני מתאחדות ויוצרות אוליגומר. פנילאלנין הידרוקסילאז מאופיין בשני מבנים רביעונים פעילים הנמצאים בשוו"מ - מבנה של ומבנה של טטרמר (מודל של טטרמר מופיע בתמונה השמאלית למעלה). שני המבנים פעילים בזירוז התגובה להפיכת פנילאלנין לטירוזין, אך פעילותו של הדימר יעילה פחות מזו של הטטרמר.
צפיה בדימר ובטטרמר מאפשרת הבנה של האופן בו נוצר המבנה הרביעוני של פניל אלנין הידרוקסילאז. כאמור, בדומיין האחראי לאוליגומריזציה ישנו סליל אלפא. בתהליך יצירת הדימר והטטרמר נצמדים סלילי האלפא של המונומרים השונים אלו לאלו ובאמצעות שחלוף דומיינים יוצרים מבנה של סליל מלופף. באופן הזה מתקבל מבנה רביעוני פעיל של החלבון פנילאלנין הידרוקסילאז, ומתאפשר תפקודו כזרז.(7) פעילות האנזים פנילאלנין הידרוקסילאז וחשיבותו
פנילאלנין הידרוקסילאז משתייך למשפחת חלבונים אשר מזרזים תגובת הידרוקסילציה של טבעות ארומטיות. הוא מזרז הפיכתה של פנילאלנין לטירוזין באמצעות הוספת קבוצה קרבוקסילית לטבעת.
פנילאלנין היא חומצה אמינית חיונית שמשתתפת בתהליך יצירת נוירוטרנסמיטרים האחראיים לפעילות תקינה של המוח. ניתן לקבל חומצה אמינית זו ממזון כמו מוצרי בשר, חלב וקטניות. כמו כן היא נמצאת במזונות עמילניים (כמו תפ"א, פסטב, תירס) . פנילאלנין מופיע בחלב אם של יונקים ומשמש כחומר משכך כאבים ונוגד דיכאון.
מבנה הכימי של חומצה אמינית:
חומצה אמינית זו מסונתזת ע"י יצורים חיים כמו פטריות, צמחים ומיקרואורגניזמים אחרים ולא מסונתזת בגוף האדם, לכן האדם חייב לקבל אותה ממזון. (2)
שימושים נוספים בפנילאלנין: משתמשים בפנילאלנין כתוסף מזון לבעלי חיים, לספורטאים, לייצור אספרטאם (ממתיק מלאכותי למשקאות מוגזים, גומי לעיסה ומזון אחר).(1)
טירוזין הוא חומצה אמינית המשמשת לתהליכים שונים בגוף ובמיוחד ידועה כבסיס להורמון תירוקסין המופרש מבלוטת התריס ואחראי על חילוף החומרים בגוף. (3) חומצה אמינית זו מתקבלת ע"י פירוק של חומצה אמינית פנילאלנין ע"י אנזים פניל אלאנין הידרוקסילאז ולכן אינה חיונית (אין צורך בצריכת מזון כלשהו בכדי לספק אותה). חומצה אמינית טירוזין נמצאת במזון כמו סויה, עוף ותרנגול הודו, דגים, בוטנים, שקדים, אבוקדו, בננות, חלב ומוצריו (בעיקר גבינה צהובה, יוגורט וגבינת קוטג'), שעועית, פול, גרעיני דלעת, גרגירי שומשום וכן תוספי תזונה שונים.(3)
מטרת פירוק הפנילאלנין ליצירת טירוזין היא סילוק הפנילאלנין מהגוף ולא יצירת הטירוזין. בד"כ אין מחסור בטירוזין מהתזונה, וגם אין בעיה של סילוק הטירוזין - הוא מתפרק ויוצא מהגוף במהלך מעגל קרבס.
טירוזין משמש בתהליכי הסינתיזה של מוליכים עצביים מסוג קטכולאמינים - דופאמין, אדרנלין, נוראדרנלין, וגם מקור למלנין (פיגמנט של העור)(4) .
לצורך פעילות האנזים PAH נדרש BH4 (טטראהידרוביופטרין - תרכובת הטרוציקלית המכילה קבוצות קטו וקבוצות אמין). התוצר המתקבל מן התהליך - החומצה האמינית טירוזין.
היסטידין His 285 וטריפטופן Trp326 יוצרות אינטראקציות π-π בין טבעות הבנזניות שלהן ואלה של הסובסטראט (פנילאלנין), וארגינין Arg270 , סרין Ser349 ותראונין Thr278 מגיבות עם הקבוצות הטעונות של הסובסטראט. האינטראקציות גורמות לכך שפנילאלנין מקבל כיווניות מתתאימה להמשך התגובה. יון הברזל בא בין החנקן בחומצות אמיניות היסטידין His285 ו- His290 לבין חמצן בחומצה אמינית Glu330. מולקולת החמצן נקשרת לקשר הכפול של BH4 וגם ליון הברזל. מצב המעבר של הסובסטראט נראה כך:(5, 7)
גילוי אופן פעילותו של האנזים ותפקידו בהתפתחות המחלה פנילקטונוריה (PKU) קידמו רבות את המחקר המדעי. נמצא כי קיימות יותר מ-500 מוטציות שונות בגן המקודד ליצירת פנילאלנין הידרוקסילאז אשר גורמות למחלה PKU.
בדיקת גוטרי היא בדיקת דם שנערכת בקרב יילודים. בבדיקה נבדקת רמת החומצה האמינית פנילאלנין בדם, וכבר בדם של יילוד בן יומיים ניתן לזהות רמות גבוהות של פנילאלנין בדם, המעידות על חסר באנזים פנילאלנין הידרוקסילאז
מוטציות הפוגעות בפעילות האנזים פנילאלנין הידרוקסילאז
החלפת פרולין 281 בלויצין - פרולין מכתיבה פיתול בשרשרת הפוליפפטידית. פרולין 281 ממוקמת ליד יון הברזל ומכתיבה מבנה מרחבי מסויים. החלפתה בלויצין משנה את המבנה המרחבי של האתר הפעיל, פוגמת בפעילות האנזים וגורמת למחלה.
החלפת ארגינין 408 בטריפטופאן - ארגינין 408 מייצבת קשרי מימן בין הדומיין הקטאליטי לבין הדומיין שאחראי על אוליגומריזציה. ארגינין גם מאפשרת מיקום מדוייק של 4 מונומרים לשם שחלוף דומיינים ויצירת טטרמר. הטריפטופאן מפריעה ליצירת קשרי מימן ומשבשת את יצירת הטטרמר וגורמת בכך לסימפטומים חמורים של PKU.
החלפת חומצה גלוטאמית 76 באלנין ובגליצין - גלוטמית 76 יוצרת קשרי מימן עם היסטידין 208 ועם אספרגין 73 במונונמר אחר ובכך יוצרת דימר. החלפתה בארגינין ובגליצין שהן חומצות אמיניות הידרופוביות מונעת יצירת קשרי מימן ופוגעת ביצירת הדימר.
החלפת גליצין 46 בסרין - מאפשרת יצירת קשרי מימן במקומות לא נכונים וגורמת לעיוות במבנה השניוני של האנזים. הדבר מביא ליצירת אגרגטים של אנזים בלתי פעיל ולהתפתחות המחלה.
References:
1. http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A4%D7%A0%D7%99%D7%9C%D7%90%D7%9C%D7%A0%D7%99%D7%9F
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%BB%D0%B0%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%BD
3. http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%98%D7%99%D7%A8%D7%95%D7%96%D7%99%D7%9F
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Tyrosine
5. Teigen K. The Reaction Mechanism of Phenylalanine Hydroxylase - A Question of Coordination. Pteridines Vol. 16, 2005, pp. 27 - 34.
6. Andersen O.A., Flatmark T., Hough E. Crystal Structure of the Ternary Complex of the Catalytic Domain of Human Phenylalanine Hydroxylase with Tetrahydrobiopterin and 3-(2-Thienyl)-L-alanine, and its Implications for the Mechanism of Catalysis and Substrate Activation. J. Mol. Biol. (2002) 320, 1095–1108.
7. Fitzpatrick P. F. Tetrahydropterin-Dependent Amino Acid Hydroxylases. Annu. Rev. Biochem. 1999. 68:355–381.
8. Shi Z., Sellers J., Moult J. Protein stability and in vivo concentration of missense mutations in phenylalanine hydroxylase. Proteins 2012; 80:61–70.