Кіріспе

Аргининосукцинат синтетазасы (АСС;) – цитруллин мен аспартаттан аргининосукцинат синтезін катализдейтін фермент. Адамдарда аргининосукцинат синтетазасы 9-шы хромосомада орналасқан ASS генімен кодталады. АСС – мочевина циклының үшінші қадамы және цитруллиннің NO циклы реакцияларының біріне жауапты.

Көрінісі

Экспрессияланған ASS генінің ұзындығы кем дегенде 65 кб-қа жетеді, оның ішінде кем дегенде 12 интрон бар. Адамдарда ASS гені көбінесе бауыр және бүйрек жасушаларында экспрессияланады.

Механизм

Катализделген реакцияның бірінші қадамында цитрулин АТФ-тың α фосфатына шабуыл жасап, цитрулин аденолатын – реактивті аралық затты құрайды. АМФ-тың цитруллиннің уреидо (уреяға ұқсас) тобына қосылуы келесі нуклеофильді шабуыл үшін карбонил орталығын белсендіреді. Бұл белсендіру екінші қадамды жеңілдетеді, онда аспартаттың α амино тобы уреидо тобына шабуыл жасайды. Аспартаттың шабуылы реакцияның шекті жылдамдық қадамы болып табылады. Бұл қадамда бос АМФ және L-аргининосукцинат түзіледі. Термодинамикалық тұрғыдан, цитрулиннің уреидо тобының аденолиленуі, ұқсас фосфорилдеуге қарағанда тиімді. Сонымен қатар, цитрулиннің АТФ-тың α фосфатына шабуылы пирофосфаттың эквивалентін тудырады, оны аденолилендіруді қамтамасыз ету үшін термодинамикалық жағынан қолайлы реакцияда гидролиздей беруге болады.

Төртінші кезең

Аргининосукцинат синтетазасы гомотетрамер болып табылады, оның әрбір суббөлігі 412 қалдықтан тұрады. Суббөліктер арасындағы байланысқан жерлерде бірнеше тұздық көпірлер және сутектік байланыстар бар, ал әрбір суббөліктің С-ұшы басқа суббөліктердің С-ұштарымен және нуклеотидтерді байланыстыру домендерімен өзара әрекеттесу арқылы олигомеризацияға қатысады.

Белсенді сайт

Рентген сәулелі кристалл құрылымдары Термус термофилустан, E. coli, Термотога маритима және Homo sapiens-тен алынған аргининосукцинат синтетазасы үшін жасалды. Т. thermophilus, E. coli және H. sapiens-тегі АСС-де цитруллин мен аспартат белсенді орында серин және аргинин қалдықтарымен өзара әрекеттесу арқылы тығыз байланысады; субстраттардың белсенді орындағы басқа қалдықтармен өзара әрекеттесуі түрлерге қарай өзгереді. Т. thermophilus-та цитруллиннің уреидо тобы нуклеофильдік шабуыл кезінде АТФ-ның α-фосфатына жеткілікті жақындыққа жету үшін қайта орналасқан сияқты көрінеді. Белсенді орында АТФ-мен байланысқан аргининосукцинат синтетазасының құрылымы әлі анықталған жоқ, бірақ модельдеу АТФ мен цитруллиннің уреидо тобы арасындағы қашықтық адам аргининосукцинат синтетазасында E. coli түріне қарағанда кішірек екенін көрсетеді, сондықтан катализ үшін анағұрлым аз конформациялық өзгеріс қажет болуы мүмкін.

Аргинин синтезі

Цитрулиннің аргининосукцинатқа айналуы аргинин синтезіндегі шектеуші қадам болып табылады. Аргинин синтезіндегі аргининосукцинат синтетазаның активтілігі негізінен мочевина циклының бөлігі ретінде перипортальдық бауыр жасушаларының сыртқы митохондриялық мембранасында жүзеге асады, ал қортықшалық бүйрек жасушаларында да белсенділік байқалады. In vitro жағдайында аргинин аргининосукцинат синтетаза экспрессиясын төмендететіні, ал цитруллин жоғарылататыны көрсетілген. Соңғы деректер ASS-тің протеинкиназа C α арқылы Ser 328 қалдығында фосфорилирлеу және азот оксиді синтетаза арқылы Cys 132 қалдығында нитрозилдеу арқылы реттелуі мүмкін екенін көрсетеді. ASS генінде I типті цитруллинемияны тудыратын кем дегенде 50 мутация анықталды. Бұл мутациялардың көпшілігі ASS-та бір аминқышқылын басқасына алмастырады. Бұл мутациялар фермент құрылымына және цитруллин, аспартат және басқа молекулалармен байланысу қабілетіне әсер етеді. Кейбір мутациялар мочевина циклындағы өз рөлін тиімді атқара алмайтын, тым қысқа ферменттің түзілуіне әкеледі. ASS-тағы ақаулар мочевина циклының үшінші қадамын бұзады, бауырдың артық азотты мочевинаға өңдеуіне кедергі келтіреді. Нәтижесінде, азот (аммиак түрінде) және мочевина циклының басқа да қосалқы өнімдері (мысалы, цитруллин) қан ағынында жиналады. Аммиак, әсіресе жүйке жүйесі үшін зиянды. Өмірдің алғашқы күндерінде аммиактың жиналуы нашар тамақтануға, құсуға, ұстамаларға және I типті цитруллинемияның басқа да белгілеріне және симптомдарына әкеледі. Бұл кемшілікке емдеу ретінде аз белокты диета және аргинин мен фенилацетатпен диеталық толықтыру кіреді. Аргинин мочевина циклының аяқталуына мүмкіндік береді, бұл аммиакты бастапқыда бекіту үшін қажетті субстраттарды жасайды. Бұл қанның pH деңгейін төмендетеді. Сонымен қатар, фенилацетат жинақталған глутаминмен реакцияға түсіп, фенилацетоглутамин түзеді, ол бүйрек арқылы шығарылады.

Қатерлі ісік

Аргининосукцинатты синтетаза экспрессиясының жетіспеушілігі бірнеше түрдегі қатерлі ісік жасушаларында байқалды, оның ішінде бүйрек безі қатерлі ісігі, бауыр қатерлі ісігі және меланома. Мысалы, АСС-ның ақаулары бүйрек безі қатерлі ісігінің 87%-ында кездеседі. Сондықтан қатерлі ісік жасушалары жасушалық процестер үшін жеткілікті аргинин синтездей алмайды және диеталық аргининге тәуелді болуға мәжбүр. Аргинин деминазаны қолдану арқылы плазмадағы аргининнің төмендеуі тышқандарда ісіктердің кері дамуына алып келеді.