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.
N Acetylglutamate synthase (NAGS) is an enzyme that catalyses the production of N acetylglutamate (NAG) from glutamate and acetyl CoA. Put simply NAGS catalyzes the following reaction:
acetyl CoA + L glutamate → CoA + N acetyl L glutamate
NAGS, a member of the N acetyltransferase family of enzymes, is present in both prokaryotes and eukaryotes, although its role and structure differ widely depending on the species. NAG can be used in the production of ornithine and arginine, two important amino acids, or as an allosteric cofactor for carbamoyl phosphate synthase (CPS1). In mammals, NAGS is expressed primarily in the liver and small intestine, and is localized to the mitochondrial matrix.
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.