Введение

Белок млекопитающих, обнаруженный у Homo sapiens. Орнитинтранскарбамоилаза (OTC) (также называемая орнитилкарбамоилтрансферазой) — это фермент, который катализирует реакцию между карбамоилфосфатом (CP) и орнитином (Orn) с образованием цитруллина (Cit) и фосфата (Pi). Существуют два класса OTC: анаболический и катаболический. В данной статье рассматривается анаболический OTC. Анаболический OTC облегчает шестую стадию биосинтеза аминокислоты аргинина у прокариот. В отличие от этого, OTC млекопитающих играет важную роль в цикле мочевины, который предназначен для захвата токсичного аммиака и преобразования его в мочевину — менее токсичный источник азота — для выведения.

Структура

OTC — это тримерный белок. В нём имеется три активных центра, расположенных в щели между мономерами. Домен связывания карбамоилфосфата находится на N-конце каждого мономера, а C-конец содержит домен связывания орнитина. Оба домена связывания имеют схожую структурную организацию, состоящую из центрального параллельного β-слоя, окружённого α-спиралями и петлями. Помимо доменов связывания, OTC содержат SMG-петли. Они замыкаются, чтобы закрыть активный центр после связывания обоих субстратов. SMG обозначает консервативный аминокислотный мотив Ser-Met-Gly. После замыкания эти остатки взаимодействуют с L-орнитином. Связывание карбамоилфосфата индуцирует глобальное конформационное изменение, в то время как связывание L-орнитина вызывает лишь движение SMG-петли для закрытия и изоляции активного центра.

Активный сайт

[[Файл:Карбамоилфосфат связывание орнитина транскарбамилазы.png|мини|Изображен карбамоилфосфат, расположенный в активном центре орнитинтранскарбамилазы, с аминокислотными остатками, играющими важную роль в его связывании.

Состав аминокислот

У растительных ОТЦ наблюдаются наибольшие отличия от других ОТЦ. Количество остатков Leu на 50-70% меньше, при этом количество остатков Arg вдвое больше. Количество субъединиц в ОТЦ варьируется от 322 до 340 аминокислотных остатков. У животных самая высокая плотность Leu. Такой аминокислотный состав обуславливает значение pI для фермента животного происхождения равное 6,8, а для растительного – 7,6. У ОТЦ крысы, коровы и человека одинаковый C-концевой остаток – фенилаланин. Однако N-концевые остатки различаются: у крысы – серин, у коровы – аспартат, а у человека – глицин.

Генемика

Ген ОТК человека расположен на коротком плече хромосомы X (Xp21.1). Ген находится на комплементарной цепи Уотсона (плюс) и имеет длину 73 кбаз. Открытая рамка считывания, состоящая из 1062 нуклеотидов, распределена между 10 экзонами и девятью интронами. Кодируемый белок содержит 354 аминокислоты и имеет расчетную молекулярную массу 39,935 кДа. Посттранскрипционная модификация приводит к образованию зрелого пептида из 322 аминокислот с массой 36,1 кДа. Белок локализуется в митохондриальном матриксе. У млекопитающих ОТК экспрессируется в печени и слизистой оболочке тонкой кишки.

Мутации человека

Сообщается о 341 мутации в гене OTC человека. По крайней мере 259 из этих мутаций считаются вызывающими заболевание. Известно, что 149 из этих мутаций приводят к развитию гипераммониемии в первые недели жизни. У 70 пациентов мужского пола гипераммониемия проявляется позже в жизни. Большинство мутаций локализуются в известных функциональных мотивах, таких как SMG-петля или CP-связывающие домены.

Недостаток

Мутации в гене OTC могут вызывать дефицит орнитиновой транскарбамилазы. Это заболевание классифицируется как нарушение цикла мочевины, поскольку при нарушении функции ОТК аммиак начинает накапливаться в крови. Накопление аммиака в крови известно как гипераммониемия. Хотя аммиак токсичен в избытке, он служит источником азота для организма. Следовательно, повышение уровня аммиака также приведет к увеличению концентрации азотсодержащих незаменимых аминокислот – глутамата, глутамина и аланина. Уровень карбамоилфосфата (CP) начнет снижаться по мере уменьшения уровня азота мочевины в крови. Это приведет к перенаправлению CP в путь синтеза монофосфата уридина. Оротовая кислота является продуктом этого пути. Повышенный уровень оротовой кислоты в моче может указывать на то, что у пациента заболевание, связанное с гипераммониемией. Дефицит ОТК проявляется как в ранних, так и в поздних формах.

Раннее начало

Раннее начало заболевания наблюдается у новорожденных. Симптомы нарушения цикла мочевины часто не проявляются, пока ребенок не оказывается дома, и могут быть не сразу распознаны семьей и врачом первичного звена. Симптомы у маленьких детей с гипераммониемией неспецифичны: отказ от еды, проблемы с дыханием, нарушение температуры тела, судороги, необычные движения тела (подёргивания) и сонливость. По мере нарастания уровня аммиака симптомы прогрессируют от сонливости до вялости, что потенциально может привести к коме. Ненормальная поза (непроизвольные движения) и энцефалопатия (повреждение головного мозга) часто связаны со степенью отека центральной нервной системы и давлением на ствол мозга. Примерно у 50% новорожденных с тяжелой гипераммониемией наблюдаются судороги.

Позднейшее начало

При более легких (или частичных) дефицитах ферментов мочевинного цикла накопление аммиака может быть спровоцировано болезнью или стрессом практически в любом возрасте, что приводит к многократным незначительным повышениям концентрации аммиака в плазме [Bourrier et al. 1988]. У пациентов с частичным дефицитом ферментов симптомы могут задерживаться на месяцы или годы. Признаки, указывающие на возможный дефицит ОРТ (орнитин-транскарбамоилазы) или нарушение цикла мочевины, включают "эпизоды делирия, неадекватное поведение или снижение уровня сознания, головные боли, рвоту, отвращение к продуктам, богатым белком, и судороги".

Лечение

Потенциальным методом лечения высоких уровней аммиака является введение бензоата натрия, который, соединяясь с глицином, образует гиппурат и одновременно удаляет аммиачную группу. Биотин также играет важную роль в функционировании фермента ОТК и, как показали эксперименты на животных, снижает аммиачную интоксикацию. Кроме того, терапевтическая гипотермия всего тела (ТГ) была предложена и изучалась в качестве метода лечения. Считается, что ТГ повышает эффективность диализа в отношении выведения аммиака из организма.