Адам ағзасындағы орнитинтранскарбамилаза ферменті – уреа циклінің маңызды бөлігі. Аммиакты залалсыздандырып, аргинин биосинтезіне қатысады. Қазақша мақала.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Homo sapiens-те кездесетін сүтқоректілер ақуызы Орнитин транскарбамилазасы (OTC) (орнитин карбамоилтрансфераза деп те аталады) – карбамоил фосфаты (CP) мен орнитин (Orn) арасындағы реакцияны цитрулин (Cit) және фосфат (Pi) түзетін фермент. ОТК-ның екі класы бар: анаболикалық және катаболикалық. Бұл мақала анаболикалық ОТК-ға арналған. Анаболикалық ОТК прокариоттарда аргинин аминқышқылының биосинтезіндегі алтыншы қадамын жеңілдетеді. Ал сүтқоректілердің ОТК-сы уреа циклында маңызды рөл атқарады, оның мақсаты уытты аммиакты тұтқындап, оны уреаға, аз уытты азот көзіне айналдырып, шығаруға бағытталған.
Mammalian protein found in Homo sapiens
Ornithine transcarbamylase (OTC) (also called ornithine carbamoyltransferase) is an enzyme that catalyzes the reaction between carbamoyl phosphate (CP) and ornithine (Orn) to form citrulline (Cit) and phosphate (Pi). There are two classes of OTC: anabolic and catabolic. This article focuses on anabolic OTC. Anabolic OTC facilitates the sixth step in the biosynthesis of the amino acid arginine in prokaryotes. In contrast, mammalian OTC plays an essential role in the urea cycle, the purpose of which is to capture toxic ammonia and transform it into urea, a less toxic nitrogen source, for excretion.
Құрылымы
ОТК – тримерлі ақуыз. Оның үш белсенді орны бар, олар мономерлер арасындағы телімде орналасқан. Карбамоил фосфатын байланыстыратын домен әрбір мономердің N-терминальдық ұшында, ал C-терминальдық ұшында орнитин байланыстыратын домені орналасқан. Екі байланыстыру доменінің де құрылымдық үлгісі ұқсас: ортасында параллель β-жиырылған қабат, ал оны α-спиральдар мен иілмелермен шектелген. ОТК-да байланыстыру домендерінен басқа SMG циклдері де бар. Бұл циклдер екі субстрат байланысқаннан кейін байланыстыру орнын жабу үшін қозғалады. SMG – Ser Met Gly аминқышқылының сақталған мотиві. Жабылу кезінде бұл қалдықтар L-орнитинмен өзара әрекеттеседі. CP байланысқанда жалпы конформациялық өзгеріс орын алады, ал L-орнитин байланысқанда SMG циклі ғана қозғалып, белсендіру орнын жауып, оқшаулайды.
OTC is a trimeric protein. There are three active sites of the protein which are located at the cleft between the monomers. The carbamoyl phosphate binding domain resides on the N terminal end of each monomer, while the C terminal end contains the binding domain for ornithine. Both binding domains have a similar structural pattern with a central parallel β pleated sheet bordered by α helices and loops. In addition to the binding domains, OTCs have SMG loops. These swing to close the binding site once both substrates have bound. SMG stands for the conserved amino acid motif of Ser Met Gly. Upon closure, these residues interact with L ornithine. The binding of CP induces a global conformational change, while the binding of L ornithine only induces movement of the SMG loop to close and isolate the activation site.
Белсенді сайт
[[Файл:Орнитин транскарбамилазасының карбамоил фосфат байланысы.png|thumb|Суретте карбамоил фосфаттың (КФ) орнитин транскарбамилазасының (ОТК) байланыс орынындағы орналасуы көрсетілген, КФ байланысына маңызды үлес қосатын қалдықтар белгіленген.
[[File:Carbamoyl Phosphate Binding of Ornithine Transcarbamylase. png|thumb|Depicted is CP situated in OTC's Binding Site with residues that play an important role in binding CP.
Амино қышқылдардың құрамы
Өсімдік ОТК-сы басқа ОТК-лардан ең көп ерекшеленеді. Ондағы лейцин қалдықтары 50-70% кем, ал аргинин қалдықтары екі есе көп. ОТК-ның суббірліктерінің саны 322-ден 340 қалдыққа дейін ауыспалы. Жануарларда лейциннің концентрациясы ең жоғары. Осы қалдықтардың құрамы жануар ферментінің pI-ын 6.8, ал өсімдік ферментінің pI-ын 7.6-ға тең етіп белгілейді. Егеуқұйрық, сиыр және адам ОТК-ларының C-терминалды қалдығы фенилаланинмен бірдей. Ал олардың N-терминалды қалдықтары әртүрлі: егеуқұйрықта серинмен, сиырда аспартатпен, ал адамда глицинмен аяқталады.
Plant OTCs have the largest difference from other OTCs. There are 50 to 70% less Leu residues, while there are twice as many Arg residues. The number of subunits in OTCs vary from 322 to 340 residues. Animals have the highest density of Leu. This residue breakdown causes a pI for the animal enzyme of 6.8 while the plant enzyme has a pI of 7.6. Rat, bovine, and human OTC have the same C terminal residue of phenylalanine. Their N terminal residues on the other hand differ. Rat ends with Ser, bovine with aspartate, and human with glycine.
Геномдық
Адамның ОТК гені Х хромосомасының қысқа қолқасында орналасқан (Xp21.1). Ген Уотсон (плюс) тізбегінде орналасқан және 73 кбаз ұзындықты құрайды. 1062 нуклеотидтен тұратын ашық оқу тізбегі 10 экзон мен 9 интрон арасында таратылған. Кодталатын белок 354 аминқышқылынан тұрады, ал болжамды молекулалық салмағы 39,935 кД. Транскрипциядан кейінгі өзгерістер нәтижесінде пісіп жетілген пептид 322 аминқышқылынан және 36,1 кД салмақтан тұрады. Белок митохондрия матрицасында орналасқан. Сүтқоректілерде ОТК бауыр және жіңішке ішек қабығында экспрессияланады.
The human OTC gene is located on the short arm of chromosome X (Xp21.1). The gene is located in the Watson (plus) strand and is 73 kbases in length. The open reading frame of 1,062 nucleotides is disbursed between 10 exons and nine introns. The encoded protein is 354 amino acids long with a predicted molecular weight of 39.935 kD. Postranscriptional modification leaves the mature peptide with 322 amino acids and a weight of 36.1 kD. The protein is located in the mitochondrial matrix. In mammals, OTC is expressed in the liver and small intestinal mucosa.
Адамның мутациялары
Адам OTC-сінде 341 мутация тіркелген. Олардың кем дегенде 259-ы ауруға себеп болатын мутациялар саналады. Бұл мутациялардың 149-ы өмірдің алғашқы апталарында гипераммонемияның басталуына әкеледі. 70 мутация ер адамдарда өмір бойында кейінірек гипераммонемияны тудырады. Мутациялардың көп бөлігі SMG тізбегі немесе CP байланысу домендері сияқты белгілі функционалдық мотивтерде кездеседі.
341 mutations in human OTC have been reported. At least 259 of these mutations are considered to be disease causing mutations. 149 of these mutations are known to cause onset of hyperammonemia during the first weeks of life. 70 manifest as hyperammonemia in male patients later in life. Most of the mutations occur in known functional motifs, such as the SMG loop or CP binding domains.
Жетіспеушілік
ОТК геніндегі мутациялар орнитин транскарбамилаза жетіспеушілігіне себеп болуы мүмкін. Бұл урея циклінің бұзылуы ретінде жіктеледі, өйткені қалыпты ОТК функциясы болмаған жағдайда аммиак қанда жинақтала бастайды. Қандағы аммиактың жинақталуы гипераммонемия деп аталады. Аммиактың шамадан тыс мөлшерде улы әсері болғанымен, ол организм үшін азот көзі болып табылады. Сондықтан аммиак деңгейінің артуы азотты қамтитын, қажетсіз аминқышқылы – глютамат, глютамин және аланин деңгейін де арттырады. Қандағы мочевина азотының төмендеуіне байланысты карбамоил фосфатының (CP) деңгейі төмендей бастайды. Бұл CP-ны монофосфатты синтездеу жолына қайта бағыттайды. Оротикалық қышқыл – осы жолдың түзілімі. Зәрдегі оротикалық қышқылдың жоғары деңгейі пациент гипераммонемиямен байланысты аурудан зардап шегіп жатқанын көрсетеді. ОТК жетіспеушілігі ерте және кеш басталатын түрлерінде көрінеді.
Mutations in the OTC gene can cause Ornithine Transcarbamylase deficiency. It is classified as a urea cycle disorder due to the fact that without proper OTC function ammonia starts to accumulate in the blood. Accumulation of ammonia in the blood is known as hyperammonemia. Although toxic in excess, ammonia is a nitrogen source for the body. Therefore increased ammonia will also increase levels of the nitrogen containing non essential amino acids glutamate, glutamine, and alanine. Levels of carbamoyl phosphate (CP) will begin to drop as urea nitrogen levels in the blood decrease. This will cause CP to be diverted to the uridine monophosphate synthetic pathway. Orotic acid is a product of this pathway. Increased levels of orotic acid in urine can be an indicator that a patient is suffering from a disorder linked to hyperammonemia. OTC deficiency manifests in both early and late onset forms.
Ерте басталуы
Бұл аурудың ерте көрінісі жаңа туған нәрестелерде байқалады. Мочевина циклінің бұзылуының белгілері көбінесе бала үйге келгеннен кейін ғана көрінеді және оларды отбасы мен жедел жәрдем көрсететін дәрігер дер кезінде байқамауы мүмкін. Гипераммонемиямен ауыратын кішкентай балалардағы белгілер нақты емес: тамаққа құмарлықтың жоқтығы, тыныс алуда қиындықтар, дене температурасының өзгеруі, құрысулар, ерекше дене қозғалыстары (тітреулер) және ұйқышылдық. Аммиактың жиналуы жалғасқан сайын, белгілер ұйқышылдықтан жалқылыққа дейін күшейеді, содан кейін комаға алып келуі мүмкін. Дене пішінінің бұзылуы (бақыланбайтын қозғалыстар) және энцефалопатия (мидың зақымдануы) көбінесе орталық нерв жүйесінің ісінуімен және ми сабасына қысыммен байланысты. Гипераммонемияның ауыр түріне шалдыққан жаңа туған нәрестелердің шамамен 50% - ы құрысуға ұшырайды.
Early onset is seen in newborns. The symptoms of a urea cycle disorder are often not seen until the child is at home and may not be recognized in a timely manner by the family and primary care physician. Symptoms in young children with hyperammonemia are non specific: not willing to eat, problems with breathing, body temperature, seizures, unusual body movements (twitches) and somnolence. As ammonia build up continues, symptoms progress from somnolence to lethargy potentially ending in a coma. Abnormal posturing (uncontrolled movement) and encephalopathy (brain damage) are often related to the degree of central nervous system swelling and pressure upon the brainstem. About 50% of neonates with severe hyperammonemia have seizures.
Кешкі басталуы
Урея циклы ферменттерінің толық еместігінде (немесе жартылай жеткіліксіздігінде) аммиак жинақталуы өмірдің кез келген кезеңінде ауру немесе стресс салдарынан туындауы мүмкін, нәтижесінде плазмадағы аммиак концентрациясы бірнеше рет көтерілуі мүмкін [Bourrier et al. 1988]. Жартылай фермент жеткіліксіздігі бар пациенттерде симптомдар айлар немесе жылдар бойы кешігуі мүмкін. Сізде ОТС жеткіліксіздігі немесе урея циклы бұзылысы болуы мүмкін екенін көрсететін белгілер: "сандық ауытқу эпизодтары, тұрақсыз мінез-құлық немесе сананың нашарлауы, бас ауруы, құсу, жоғары протеинді тағамдарға қарсылық және құрысулар".
In milder (or partial) urea cycle enzyme deficiencies, ammonia accumulation may be triggered by illness or stress at almost any time of life, resulting in multiple mild elevations of plasma ammonia concentration [Bourrier et al. 1988]. Patients with partial enzyme deficiencies may have a delay of symptoms for months or years. Indicators that you maybe suffering from OTC deficiency or a urea cycle disorder include "episodes of delirium, erratic behavior, or reduced consciousness, headaches, vomiting, aversion to foods high in protein, and seizures."
Емдеу
Аммиактың жоғары деңгейін емдеудің мүмкін жолы – натрий бензоатын беру, ол глицинмен қосылып гиппуратты түзеді және бір мезгілде аммоний тобын жояды. Биотин OTC ферментінің жұмысында да маңызды рөл атқарады және жануарларға жасалған тәжірибелерде аммиактан улануды азайтуға көмектесетіні көрсетілген. Бұған қоса, бүкіл денелік терапиялық гипотермияны (БТГ) қолдану ұсынылып, зерттелген. БТГ организмнен аммиакты шығару үшін диализдің тиімділігін арттырады деп саналады.
A potential treatment for the high ammonia levels is to give sodium benzoate, which combines with glycine to produce hippurate, at the same time removing an ammonium group. Biotin also plays an important role in the functioning of the OTC enzyme and has been shown to reduce ammonia intoxication in animal experiments. Additionally, the use of whole body therapeutic hypothermia (TH) has been proposed and studied as a treatment. TH is thought to increase the effectiveness of dialysis to extract ammonia from the body.