Кіріспе
Глютамин синтетазасы (GS) - глютамат + АТФ + НН3 → Глютамин + АДФ + фосфат Глютамин синтетазасы нитратты азайту, аминокислоталардың ыдырауы және фотореспирация арқылы өндірілген аммиакты пайдаланады. Глутаматтың амид тобы глютамин жолының метаболиттерін синтездеу үшін азот көзі болып табылады. Басқа реакциялар ГС арқылы да болуы мүмкін. Аммиак ионы мен судың арасындағы бәсекелестік, олардың байланысу афинитеті және аммиак ионының концентрациясы глютамин синтезі мен глютамин гидролизіне әсер етеді. Глютамин амоний ионы ацилфосфат аралық құрамына шабуыл жасаса, ал глютамат су аралық құрамына шабуыл жасаса қайта жасалады. Аммиак ионы GS-ге суға қарағанда қаттырақ байланады, себебі катион мен теріс зарядталған қалта арасындағы электростатикалық күштер. Бактериялық GS - әр мономердің арасында 12 белсенді орны бар dodecamers. АТФ GS сыртқы бетінде ашылатын бифуннелдің жоғарғы жағына байланады. Фосфат белсенді орынның жоғарғы жағы арқылы, ал глутамин төменгі жағы арқылы (екі сақинаның арасында) шығады. Мида ГС негізінен астроциттерде кездеседі. Астроциттер артық аммиак пен глутаматты сіңіру арқылы нейрондарды экзитотоксикациядан қорғайды. Астроглиялық ісіну проблемасына әртүрлі көзқараспен қаралған. Бір зерттеуде глютаматергиялық аймақтарда ГС экспрессиясын арттыратын морфологиялық өзгерістердің немесе глютамат пен аммиактың жоғары деңгейін жеңілдететін басқа бейімделулердің пайда болатыны көрсетілді. I класты ферменттер (GSI) прокариоттарға тән және 12 бірдей кіші бірліктің олигомерлері болып табылады. GSI түріндегі ферменттің белсенділігі тирозин қалдықтарын аденолирлеу арқылы бақыланады. Аденолирленген фермент белсенді емес. ІІ сыныптағы ферменттер (GSII) эукариоттарда және Rhizobiaceae, Frankiaceae және Streptomycetaceae тұқымдастарына жататын бактерияларда (бұл бактерияларда да І сыныптағы GS бар) кездеседі. GSII - бірдей кіші бірліктердің декамери. III кластағы ферменттер (GSIII) қазіргі уақытта Bacteroides fragilis және Butyrivibrio fibrisolvens-те ғана кездеседі. Бұл бірдей тізбектерден тұратын қос сақиналы dodecamer. Ол GSI (450- ден 470- ге дейін) немесе GSII (350- ден 420- ге дейін) ферменттеріне қарағанда әлдеқайда үлкен (700- ге дейін амин қышқылдары). GS-ның үш класы құрылымдық жағынан бір-бірімен байланысты болса да, реттілік ұқсастықтары соншалықты кең емес.
Glutamine synthetase (GS) is an enzyme that plays an essential role in the metabolism of nitrogen by catalyzing the condensation of glutamate and ammonia to form glutamine:
Glutamate + ATP + NH3 → Glutamine + ADP + phosphate
Glutamine synthetase uses ammonia produced by nitrate reduction, amino acid degradation, and photorespiration. The amide group of glutamate is a nitrogen source for the synthesis of glutamine pathway metabolites. Other reactions may take place via GS. Competition between ammonium ion and water, their binding affinities, and the concentration of ammonium ion, influences glutamine synthesis and glutamine hydrolysis. Glutamine is formed if an ammonium ion attacks the acyl phosphate intermediate, while glutamate is remade if water attacks the intermediate. Ammonium ion binds more strongly than water to GS due to electrostatic forces between a cation and a negatively charged pocket. Bacterial GS are dodecamers with 12 active sites between each monomer. ATP binds to the top of the bifunnel that opens to the external surface of GS. Phosphate leaves through the top of the active site, while glutamine leaves through the bottom (between two rings). GS, in the brain, is found primarily in astrocytes. Astrocytes protect neurons against excitotoxicity by taking up excess ammonia and glutamate. Different perspectives have approached the problem of astroglial swelling. One study shows that morphological changes occur that increase GS expression in glutamatergic areas or other adaptations that alleviates high levels of glutamate and ammonia. Class I enzymes (GSI) are specific to prokaryotes, and are oligomers of 12 identical subunits. The activity of GSI type enzyme is controlled by the adenylation of a tyrosine residue. The adenylated enzyme is inactive. Class II enzymes (GSII) are found in eukaryotes and in bacteria belonging to the Rhizobiaceae, Frankiaceae, and Streptomycetaceae families (these bacteria have also a class I GS). GSII are decamer of identical subunits. Class III enzymes (GSIII) have, currently, only been found in Bacteroides fragilis and in Butyrivibrio fibrisolvens. It is a double ringed dodecamer of identical chains. It is much larger (about 700 amino acids) than the GSI (450 to 470 amino acids) or GSII (350 to 420 amino acids) enzymes. While the three classes of GSs are clearly structurally related, the sequence similarities are not so extensive.
Регуляция және тежеу
GS кері ковалентті модификацияға ұшырайды. Tyr397 барлық 12 кіші бірліктердің аденоиллирлеу немесе аденоиллирлеуді аденоил трансфераза (AT) арқылы, екі функциялы реттеуші фермент арқылы жүзеге асырады. Аденоилдену - АМФ- ні белдіктің бүйірлік тізбегіне ковалентті жалғауды қамтитын трансляциялық модификация. Әрбір аденолирлеу үшін АТФ қажет, ал GS толық ингибициялану үшін 12 АТФ қажет. АТ арқылы өлі аденолилдеу АДФ түріндегі Tyr байланысқан аденолил топтарын фосфоролиттік жолмен алып тастауды қамтиды. АТ белсенділігіне онымен байланысты реттегіш ақуыз әсер етеді: PII, 44 kD тример. GS ингибициясы негізінен аминдік сайт лигандыларына бағытталған. Басқа ингибиторлар/регуляторлар - глицин және аланин. Аланин, глицин және серин глютамат субстратқа байланады. GDP, AMP, ADP АТФ-ға байланады. Жалпы NtrC NtrB екі компонентті жүйесінің орнына цианобактерияларда осы кладқа шектелген және GS экспрессиясын және азот алмасуына қатысы бар көптеген гендерді басқаратын NtcA транскрипциялық регуляторы бар. Сонымен қатар, цианобактериялардағы GS ковалентті түрде кері байланыс ингибициясының сезімталдығын арттыру үшін өзгертілмейді. Бұл инактивациялық факторлар әр түрлі кодтамайтын РНК- мен реттеледі: sRNA NsiR4 GS инактивациялық фактор IF7 (gifA mRNA) mRNA- ның 5' UTR- мен өзара әрекеттеседі және оның экспрессиясын азайтады. NsiR4 экспрессиясы азотты бақылау транскрипция факторы NtcA оң бақылауында болады. Сонымен қатар, GS- ді белсенділіксіздетуші фактор IF17 экспрессиясы глютаминді байлайтын рибобректор арқылы бақыланады.