Введение

Класс ферментов N Ацетилглутаматсинтаза (NAGS) - это фермент, который катализирует производство N ацетилглутамата (NAG) из глутамата и ацетилкоацета. Проще говоря, НАГС каталитизирует следующую реакцию: ацетил-КоА + L-глутамат → КоА + N ацетил-L-глутамат НАГС, член семейства ферментов N ацетилтрансфераз, присутствует как у прокариот, так и у эукариот, хотя его роль и структура сильно различаются в зависимости от вида. NAG может использоваться в производстве орнитина и аргинина, двух важных аминокислот, или в качестве аллостерического кофактора для карбамоилфосфатсинтазы (CPS1). У млекопитающих NAGS экспрессируется в основном в печени и тонкой кишке, и локализуется в митохондриальном матриксе.

Биологическая функция

Большинство прокариотов (бактерий) и нижних эукариотов (грибки, зеленые водоросли, растения и т. д.) производят NAG через орнитиновую ацетилтрансферазу (OAT), которая является частью циклического пути производства орнитина. Таким образом, NAGS используется в качестве вспомогательной системы, пополняя резервы NAG по мере необходимости. Однако у некоторых растений и бактерий NAGS каталитизирует первый шаг в пути линейного производства аргинина. Белокочанные последовательности NAGS между прокариотами, низшими и высшими эукариотами показали заметное отсутствие сходства. Идентичность последовательности между прокариотическими и эукариотическими NAGS в значительной степени <30%, в то время как идентичность последовательности между низшими и высшими эукариотами составляет ~20%. Энзимная активность NAGS модулируется L-аргинином, который действует как ингибитор в растительных и бактериальных NAGS, но как эффектор у позвоночных. Хотя роль аргинина в качестве ингибитора НАГ в синтезе орнитина и аргинина хорошо понятна, существует некоторая полемика относительно роли НАГ в цикле мочевины. В настоящее время признается, что роль NAG у позвоночных является основным аллостерическим кофактором для CPS1, и поэтому он действует как основной регулятор потока через цикл мочевины. В этой роли регуляция обратной связи от аргинина будет сигнализировать NAGS, что аммиак в изобилии в клетке и его необходимо удалить, ускоряя функцию NAGS. В настоящее время эволюционный путь NAGS от основного синтетического фермента до основного регулятора цикла мочевины еще не полностью изучен.

Механизм

Было предложено два механизма для функции N ацетилтрансферазы: двухступенчатый механизм, включающий передачу соответствующей ацетил-группы в активированный цистеиновый остаток и одноступенчатый механизм посредством прямого нападения аминоазотного элемента на карбонильную группу. Исследования, проведенные с использованием NAGS, полученных из Neisseria gonorrhoeae, показывают, что NAGS проходит через ранее описанный механизм одного этапа. В этом предложении карбонильная группа ацетил-КоА атакуется непосредственно α-аминоазором глутамата. Этот механизм поддерживается активацией карбонила посредством поляризации водородной связи, а также отсутствием подходящего цистеина в активном месте, который действовал бы как промежуточный акцептор ацетильной группы.

Клиническое значение

Неактивность NAGS приводит к дефициту N ацетилглутаматсинтазы, одной из форм гипераммонемии. У многих позвоночных N ацетилглутамат является важным аллостерическим кофактором CPS1, фермента, который катализирует первый этап цикла мочевины. Без стимуляции NAG CPS1 не может преобразовывать аммиак в карбамоилфосфат, что приводит к накоплению токсичного аммиака. Карбамоилглутамат показал себя перспективным в качестве возможного лечения дефицита NAGS. Предполагается, что это связано со структурными сходствами между NAG и карбамоилглутамата, что позволяет карбамоилглутамату действовать как эффективный агонист CPS1.