Введение

Класс ферментов Глютаминсинтетаза (GS) - это фермент, который играет важную роль в метаболизме азота, каталитизируя конденсацию глутамата и аммиака для образования глутамина: Глютамат + АТФ + NH3 → Глютамин + АДФ + фосфат Глютаминсинтетаза использует аммиак, полученный путем снижения нитратов, разложения аминокислот и фотореспирации. Амидная группа глутамата является источником азота для синтеза метаболитов путём глутамина. Другие реакции могут происходить через GS. Конкуренция между ионами аммония и водой, их связывающие аффинности и концентрация иона аммония влияют на синтез и гидролиз глутамина. Глютамин образуется, если ион аммония атакует ацилфосфатный промежуточный продукт, в то время как глутамат образуется, если вода атакует промежуточный продукт. Ион аммония связывается с GS сильнее, чем вода, из-за электростатических сил между катионом и отрицательно заряженным карманом. Бактериальные GS представляют собой додекамеры с 12 активными участками между каждым мономером. АТФ связывается с вершиной бифуннеля, который открывается на внешнюю поверхность GS. Фосфат проходит через верхнюю часть активного участка, а глутамин - через нижнюю часть (между двумя кольцами). ГС в мозге, в основном, содержится в астроцитах. Астроциты защищают нейроны от экзитотоксичности, поглощая избыток аммиака и глутамата. Различные точки зрения подходили к проблеме отека астроглии. Одно исследование показывает, что происходят морфологические изменения, которые увеличивают экспрессию GS в глутаматергических областях или другие адаптации, которые облегчают высокие уровни глутамата и аммиака. Ферменты класса I (GSI) являются специфическими для прокариотов и представляют собой олигомеры из 12 идентичных подединиц. Активность фермента типа GSI контролируется аденилированием тирозинового остатка. Аденолированный фермент неактивен. Ферменты класса II (GSII) встречаются у эукариотов и у бактерий, принадлежащих к семействам Rhizobiaceae, Frankiaceae и Streptomycetaceae (у этих бактерий также есть GS класса I). GSII - это декамер идентичных подединиц. Ферменты класса III (GSIII) в настоящее время обнаружены только в Bacteroides fragilis и Butyrivibrio fibrisolvens. Это двукольцевая dodecamer идентичных цепей. Он намного больше (около 700 аминокислот), чем ферменты GSI (450 - 470 аминокислот) или GSII (350 - 420 аминокислот). Хотя три класса GS явно структурно связаны, сходство последовательностей не так широко.

Регулирование и ингибирование

GS подвержен обратимой ковалентной модификации. Tyr397 из всех 12 подединиц может подвергаться аденилированию или деденилированию аденилтрансферазой (АТ), двуфункциональным регуляторным ферментом. Аденилирование - это посттрансляционная модификация, включающая ковалентное присоединение AMP к боковой цепи белка. Для каждого аденилирования требуется АТФ, а для полного ингибирования GS требуется 12 АТФ. Деденатилирование с помощью AT включает фосфоролитическое удаление связанных с Tyr аденоил-групп в виде ADP. На активность АТ влияет связанный с ней регуляторный белок: PII, тример 44 кД. Ингибирование GS в значительной степени сосредоточено на лигандах амино- сайта. Другими ингибиторами/регуляторами являются глицин и аланин. Аланин, глицин и серин связываются с глютаматным субстратом. GDP, AMP, ADP связываются с ATP. Вместо общей двухкомпонентной системы NtrC NtrB, цианобактерии содержат регулятор транскрипции NtcA, который ограничен этим кладом и контролирует экспрессию GS и множества генов, участвующих в обмене азота. Кроме того, GS в цианобактериях ковалентно не модифицируется для повышения чувствительности к ингибированию обратной связи. Эти инактивирующие факторы регулируются различными некодирующими РНК: sRNA NsiR4 взаимодействует с 5' UTR мРНК GS инактивирующего фактора IF7 (gifA mRNA) и снижает его экспрессию. Экспрессия NsiR4 находится под положительным контролем азотного контрольного фактора транскрипции NtcA. Кроме того, экспрессия GS- инактивирующего фактора IF17 контролируется связывающим с глутамином рибосвичем.