Metionin-szintáz

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Metionin-szintáz
Azonosítók
JelMTR
OMIM156570
PDBRCSB
Egyéb adatok
EC-szám2.1.1.13
Lokusz1. krom. q43

A metionin-szintáz, más néven MS, MeSe, MTR felel a metionin homociszteinből való előállításához. Emberben az MTR (5-metiltetrahidrofolát-homocisztein-metiltranszferáz) gén kódolja.[1][2] Methionine synthase forms part of the S-adenosylmethionine (SAMe) biosynthesis and regeneration cycle,[3] és ez az enzim felel a ciklus egy szénatomos anyagcseréhez kapcsolásához a folátciklus révén. 2 fő változata van, a B12-vitamin- (kobalamin)-dependens (MetH) és az attól független (MetE) forma,[4] de kisebb metionin-szintázok, melyek nem sorolhatók be egyértelműen egyik kategóriába sem, megtalálhatók néhány anaerob baktériumban.[5] A két fő forma evolúciósan függetlennek tűnik, és jelentősen eltérő kémiai mechanizmusokon alapul.[6] Az emlősök és más összetettebb eukarióták csak a MetH formát expresszálják. Ezzel szemben az Archaeplastida (növények és algák) csoportjában a két típus eloszlása összetettebb. A növények csak a kobalaminfüggetlen változatot expresszálják,[7] az algákban fajtól függően a kettő egyike található meg.[8] Sok mikroorganizmus mindkét változatot kifejezi.[9]

Működés[szerkesztés]

A metionin-szintáz katalizálta reakció

A metionin-szintáz katalizálja a metionin (Met) homociszteinből való újbóli előállításának utolsó lépését. A kobalamindependens és -független enzimváltozatok is ugyanazt a reakciót katalizálják: egy metilcsoport átvitelét 5-metiltetrahidrofolátról (N5-MeTHF) homociszteinre, tetrahidrofolátot (THF) és metionint adva.[4] A metionin-szintáz az egyetlen N5-MeTHF-bontó enzim, mely aktív THF-ot állít elő. A kobalamindependens (MetH) enzimben a reakció két lépésben történik rendezett szekvenciális mechanizmusban.[10] A fiziológiás nyugalmi állapot feltehetően az enzimhez kötött Cob kofaktort metilkobalaminként tartalmazza, ahol a kobalt formálisan +3 oxidációs állapotban van. A kobalamint a cink által aktivált tiolát-homocisztein redukálja Cob(I) állapotra metionin előállítása közben. A Cob(I) formában az enzimhez kötött kofaktor egy metilcsoportot tud leválasztani az 5-metiltetrahidrofolátról, tetrahidrofolátot adva, és újra létrehozva a metilkobalamin-változatot.[11]

A metionin-szintáz-reduktáz inaktív metionin-szintázt helyreállító működése

Fiziológiás körülmények közt nagyjából minden 2000. alkalommal a Co(I) inaktív Co(II)-vé oxidálódik a MetH-ban. Az emiatti leállás ellen a fehérje mely reduktív metilációs önreaktiváló mechanizmust tartalmaz, mely S-adenozilmetionint használ metildonorként. Emberben az enzimet flavodoxinszerű és ferredoxin-NADP+-oxidoreduktázszerű (FNR) doménből álló metionin-szintáz-reduktáz (MTRR) redukálja.[12] Sok baktériumban a redukciót egydoménes flavodoxin hajtja végre.[13] A reduktáz elektront visz át egy redukált FMN kofaktorról az inaktív Cob(II)-re, lehetővé téve az aktív metilkobalamin-enzim helyreállítását metiltranszferről az S-adenozilmetioninról a redukált Cob(I)-köztitermékre.[14] E folyamat a reaktivációs folyamat, és feltehetően a normál katalitikus ciklustól az enzim nagy konformációs átrendeződése választja el.[15] Mivel a Cob(I) oxidációja leállítja a cob-dependens metionin-szintázt, a metionin-szintáz-reduktáz hiánya vagy hiányosságai a metionin-szintáz-hiány tüneteivel is összefügg.[16]

A kobalaminfüggetlen (MetE) változat működése viszont közvetlen metiltranszferrel történik az aktivált N5-MeTHF-ról a cink-tiolát-homociszteinre. Bár ez sokkal egyszerűbb, a közvetlen transzfer sokkal kevésbé kedvező a kobalamin által közvetített reakcióknál, így a MetE mintegy 100-szor lassabb a MetH-nál. Mivel nem tartalmaz kobalamin kofaktort, a MetE nem hajlamos oxidatív inaktivációra.[17][4][18][19]

Szerkezet[szerkesztés]

A metionin-szintáz homocisztein-kötő helye. A His 618, a Cys 620 és a Cys 704 a Zn-hez (lila), a Zn a homociszteinhez (piros) kötődik

A MetE szerkezete nagy felbontásban ismert röntgenkrisztallográfia révén szubsztrát nélkül és szubsztráttal,[19][18] és MetH-részek szerkezete is ismert,[20][21][22][23] de a teljes MetH szerkezete nem ismert. Az elérhető szerkezetek és a bioinformatikai elemzés alapján a szerkezeti hasonlóság csekély, de a szubsztrátkötő helyek hasonlóak.[24] A Cob-dependens MetH 4 doménből áll. Ezek sorrendben a homocisztein-kötő (Hcy-domén), az N5-metil-THF-kötő (MTHF), a kobalaminkötő (Cob) és az S-adenozilmetionin-kötő (reaktivációs) domén. Ez köti meg a SAM-t, és ez a flavodoxinnal vagy a metionin-szintáz-reduktázzal való interakció helye az enzim reaktivációs ciklusa alatt.[13][12][16] A kobalaminkötő domén két aldomént tartalmaz, ahol a kofaktor a Rossmann-hajlat B12-kötő aldoménben van, melyet a négyhélixes fedő aldomén fed.[21] A négyhélixes aldomén védi a kobalaminkofaktort a nem kívánt reakcióktól, de jelentősen megváltozhat konformációja a kofaktor más szubsztrátokhoz férését lehetővé téve működés közben.[22] A Hcy és a N5-MeTHF domének is TIM-redők, a Hcy-doménben van a cinkkötő hely, ami a MetH-ban 3 ciszteinből áll, melyek a cinkhez kapcsolódnak, és aktiválják a Hcy-t. Az N5-MeTHF-kötő domén az N5-MeTHF-ot aszparagin, arginin és aszparaginsav hidrogénkötésével aktiválja. A reakció során az enzim jelentős konformációs változásokon megy át, melyek a Cob-domén mozgásából áll a Hcy- és az N5-MeTHF domén közt a két metiltranszferhez.[20]

A cob-független MetE két TIM-redőből áll, melyek önállóan kötnek homociszteint és N5-MeTHF-ot. Ezek egymással szemben lévő kettős redőt alkotnak, mely a szerkezet „lezárását” igénylik a két szubsztrát megkötésekor a közvetlen metiltranszferhez.[18] A szubsztrátkötő módok hasonlóak a MetH-hoz, de a MetE esetén a cink két ciszteinhez, egy hisztidinhez és egy glutaminsavhoz kapcsolódik,[19] erre látható jobboldalt példa.

Biokémiai funkció[szerkesztés]

A metionin-szintáz a 4. enzim

A humán enzim fő célja a Met S-adenozilmetionin- (SAM) ciklusban való újratermelése. Ez Met és ATP felhasználásával Hcy-t állít elő, és bármilyen SAM-t aktívmetilcsoport-forrásként használó fontos reakciót használhat nukleinsavak, hisztonok, foszfolipidek és bizonyos fehérjék metilezésére.[25][26] Így a metionin-szintáz fontos, mivel lehetővé teszi a SAM-ciklus folytatását folyamatos Met-beáramlás nélkül. Másodlagos hatása, hogy a metionin-szintáz lehetővé teszi az alacsony Hcy-szintet, és – mivel a metionin-szintáz egyike a kevés N5-MeTHF szubsztrátú enzimnek – a THF szintek közvetett fenntartátsát.[27][28]

Baktériumokban és növényekben a metionin-szintáz a SAM-ciklust állandósítja, és a 20 hagyományos aminosav egyike, a Met de novo szintézisének utolsó lépését katalizálja.[29][7] Bár a reakció a két folyamatban azonos, a funkció a humán metionin-szintázétól eltér, mivel a metionin esszenciális aminosav, mely nem keletkezik de novo az emberben.[30]

Klinikai jelentősége[szerkesztés]

Az MTR gén mutációi a G komplementációs csoportú, más néven cblG-típusú metilkobalamin-hiány okai.[1] Az enzim hiánya vagy metionin-szintáz-reduktáz-hiány miatti csökkent működése hiperhomociszteinémia oka lehet, mely vakságot, neurológiai tüneteket és születési rendellenességeket okozhat.[31][32] A mtionin-szintáz-reduktáz (MTRR) vagy a metiléntetrahidrofolát-reduktáz (MTHFR) hiánya is e betegség oka lehet, A legtöbb metionin-szintáz-hiányos eset tünetei 2 éven belül megjelennek, sok betegnél hamar súlyos enkefalopátia alakul ki.[33] A csökkent metionin-szintáz-aktivitás egyik vérvizsgálatokkal mérhető következménye a megaloblasztos anémia.

Genetika[szerkesztés]

Néhány cblG-hez kapcsolódó polimorizmus ismert az MTR génben.[34]

  • 2756D→G (Asp919Gly)
  • 3804C→T (Pro1137Leu)
  • Δ2926A-2928T (ΔIle881)

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. ↑ a b MTR 5-methyltetrahydrofolate-homocysteine methyltransferase (Homo sapiens). Entrez, 2009. május 19. (Hozzáférés: 2009. május 24.)
  2. ↑ (1996. december 1.) „Cloning, mapping and RNA analysis of the human methionine synthase gene”. Human Molecular Genetics 5 (12), 1851–1858. o. DOI:10.1093/hmg/5.12.1851. PMID 8968735.  
  3. ↑ (1990. március 1.) „Cobalamin-dependent methionine synthase”. FASEB Journal 4 (5), 1450–1459. o. DOI:10.1096/fasebj.4.5.2407589. PMID 2407589.  
  4. ↑ a b c (2003) „Cobalamin-Dependent and Cobalamin-Independent Methionine Synthases: Are There Two Solutions to the Same Chemical Problem?”. Helvetica Chimica Acta 86 (12), 3939–3954. o. DOI:10.1002/hlca.200390329.  
  5. ↑ (2020. február 1.) „Identification and characterization of a bacterial core methionine synthase”. Scientific Reports 10 (1), 2100. o. DOI:10.1038/s41598-020-58873-z. PMID 32034217.  
  6. ↑ (2005. február 1.) „Cobalamin-independent methionine synthase (MetE): a face-to-face double barrel that evolved by gene duplication”. PLOS Biology 3 (2), e31. o. DOI:10.1371/journal.pbio.0030031. PMID 15630480.  
  7. ↑ a b (1998. június 1.) „The specific features of methionine biosynthesis and metabolism in plants”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 95 (13), 7805–7812. o. DOI:10.1073/pnas.95.13.7805. PMID 9636232.  
  8. ↑ (2011. október 1.) „Insights into the evolution of vitamin B12 auxotrophy from sequenced algal genomes”. Molecular Biology and Evolution 28 (10), 2921–2933. o. DOI:10.1093/molbev/msr124. PMID 21551270.  
  9. ↑ (1986. április 25.) „Stereochemical analysis of the methyl transfer catalyzed by cobalamin-dependent methionine synthase from Escherichia coli B”. Journal of the American Chemical Society 108 (11), 3152–3153. o. DOI:10.1021/ja00271a081.  
  10. ↑ R. V. Banerjee, V. Frasca, D. P. Ballou, R. G. Matthews (1990. december 1.). „Participation of cob(I) alamin in the reaction catalyzed by methionine synthase from Escherichia coli: a steady-state and rapid reaction kinetic analysis”. Biochemistry 29 (50), 11101–11109. o. DOI:10.1021/bi00502a013. PMID 2271698.  
  11. ↑ Chemistry and biochemistry of B12, Ruma Banerjee, New York: Wiley (1999). ISBN 0-471-25390-1. OCLC 40397055 
  12. ↑ a b K. Yamada, R. A. Gravel, T. Toraya, R. G. Matthews (2006. június 1.). „Human methionine synthase reductase is a molecular chaperone for human methionine synthase”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103 (25), 9476–9481. o. DOI:10.1073/pnas.0603694103. PMID 16769880.  
  13. ↑ a b D. A. Hall, T. C. Jordan-Starck, R. O. Loo, M. L. Ludwig, R. G. Matthews (2000. szeptember 1.). „Interaction of flavodoxin with cobalamin-dependent methionine synthase”. Biochemistry 39 (35), 10711–10719. o. DOI:10.1021/bi001096c. PMID 10978155.  
  14. ↑ J. T. Jarrett, D. M. Hoover, M. L. Ludwig, R. G. Matthews (1998. szeptember 1.). „The mechanism of adenosylmethionine-dependent activation of methionine synthase: a rapid kinetic analysis of intermediates in reductive methylation of Cob(II)alamin enzyme”. Biochemistry 37 (36), 12649–12658. o. DOI:10.1021/bi9808565. PMID 9730838.  
  15. ↑ J. T. Jarrett, S. Huang, R. G. Matthews (1998. április 1.). „Methionine synthase exists in two distinct conformations that differ in reactivity toward methyltetrahydrofolate, adenosylmethionine, and flavodoxin”. Biochemistry 37 (16), 5372–5382. o. DOI:10.1021/bi9730893. PMID 9548919.  
  16. ↑ a b K. R. Wolthers, N. S. Scrutton (2007. június 1.). „Protein interactions in the human methionine synthase-methionine synthase reductase complex and implications for the mechanism of enzyme reactivation”. Biochemistry 46 (23), 6696–6709. o. DOI:10.1021/bi700339v. PMID 17477549.  
  17. ↑ Z. Zhang, C. Tian, S. Zhou, W. Wang, Y. Guo, J. Xia, Z. Liu, B. Wang, X. Wang, B. T. Golding, R. J. Griff, Y. Du, J. Liu (2012. december 1.). „Mechanism-based design, synthesis and biological studies of N⁵-substituted tetrahydrofolate analogs as inhibitors of cobalamin-dependent methionine synthase and potential anticancer agents”. European Journal of Medicinal Chemistry 58, 228–236. o. DOI:10.1016/j.ejmech.2012.09.027. PMID 23124219.  
  18. ↑ a b c D. K. Ubhi, J. D. Robertus (2015. február 1.). „The cobalamin-independent methionine synthase enzyme captured in a substrate-induced closed conformation”. Journal of Molecular Biology 427 (4), 901–909. o. DOI:10.1016/j.jmb.2014.12.014. PMID 25545590.  
  19. ↑ a b c (2008. március 1.) „Metal active site elasticity linked to activation of homocysteine in methionine synthases”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105 (9), 3286–3291. o. DOI:10.1073/pnas.0709960105. PMID 18296644.  
  20. ↑ a b J. C. Evans, D. P. Huddler, G. Romanchuk, R. G. Matthews, M. L. Ludwig (2004. március 1.). „Structures of the N-terminal modules imply large domain motions during catalysis by methionine synthase”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 101 (11), 3729–3736. o. DOI:10.1073/pnas.0308082100. PMID 14752199.  
  21. ↑ a b C. L. Drennan, S. Huang, J. T. Drummond, R. G. Matthews, M. L. Ludwig (1994. december). „How a protein binds B12: A 3.0 A X-ray structure of B12-binding domains of methionine synthase”. Science 266 (5191), 1669–1674. o. DOI:10.1126/science.7992050. PMID 7992050.  
  22. ↑ a b V. Bandarian, K. A. Pattridge, B. W. Lennon, D. P. Huddler, R. G. Matthews, M. L. Ludwig (2002. január). „Domain alternation switches B(12)-dependent methionine synthase to the activation conformation”. Nature Structural Biology 9 (1), 53–56. o. DOI:10.1038/nsb738. PMID 11731805.  
  23. ↑ S. Datta, M. Koutmos, K. A. Pattridge, M. L. Ludwig, R. G. Matthews (2008. március). „A disulfide-stabilized conformer of methionine synthase reveals an unexpected role for the histidine ligand of the cobalamin cofactor”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105 (11), 4115–4120. o. DOI:10.1073/pnas.0800329105. PMID 18332423.  
  24. ↑ R. Pejchal, M. L. Ludwig (2005. február). „Cobalamin-independent methionine synthase (MetE): a face-to-face double barrel that evolved by gene duplication”. PLOS Biology 3 (2), e31. o. DOI:10.1371/journal.pbio.0030031. PMID 15630480.  
  25. ↑ J. B. Broderick, B. R. Duffus, K. S. Duschene, E. M. Shepard (2014. április 1.). „Radical S-adenosylmethionine enzymes”. Chemical Reviews 114 (8), 4229–4317. o. DOI:10.1021/cr4004709. PMID 24476342.  
  26. ↑ B. Shane (2008. június 1.). „Folate and vitamin B12 metabolism: overview and interaction with riboflavin, vitamin B6, and polymorphisms”. Food and Nutrition Bulletin 29 (2 Suppl), S5–S16. o. DOI:10.1177/15648265080292S103. PMID 18709878.  
  27. ↑ D. Watkins, M. Ru, H. Y. Hwang, C. D. Kim, A. Murray, N. S. Philip, W. Kim, H. Legakis, T. Wai, J. F. Hilton, B. Ge, A. Hosack, A. Wilson, R. A. Gravel, B. Shane, T. J. Hudson, D. S. Rosenblatt (2002). „Hyperhomocysteinemia due to methionine synthase deficiency, cblG: structure of the MTR gene, genotype diversity, and recognition of a common mutation, P1173L”. American Journal of Human Genetics 71 (1), 143–153. o. DOI:10.1086/341354. PMID 12068375.  
  28. ↑ J. M. Ghergurovich, X. Xu, J. Z. Wang, L. Yang, R. P. Ryseck, L. Wang, J. D. Rabinowitz (2021. november 1.). „Methionine synthase supports tumour tetrahydrofolate pools”. Nature Metabolism 3 (11), 1512–1520. o. DOI:10.1038/s42255-021-00465-w. PMID 34799699.  
  29. ↑ M. P. Ferla, W. M. Patrick (2014. augusztus 1.). „Bacterial methionine biosynthesis”. Microbiology 160 (Pt 8), 1571–1584. o. DOI:10.1099/mic.0.077826-0. PMID 24939187.  
  30. ↑ H. Hesse, R. Hoefgen (2003. június 1.). „Molecular aspects of methionine biosynthesis”. Trends in Plant Science 8 (6), 259–262. o. DOI:10.1016/S1360-1385(03)00107-9. PMID 12818659.  
  31. ↑ R. V. Banerjee (1990. március). „Cobalamin-dependent methionine synthase”. FASEB Journal 4 (5), 1450–1459. o. DOI:10.1096/fasebj.4.5.2407589. PMID 2407589.  
  32. ↑ J. Kim, H. Kim, H. Roh, Y. Kwon (2018. április). „Causes of hyperhomocysteinemia and its pathological significance”. Archives of Pharmacal Research 41 (4), 372–383. o. DOI:10.1007/s12272-018-1016-4. PMID 29552692.  
  33. ↑ O. Outteryck, J. de Sèze, T. Stojkovic, J. M. Cuisset, D. Dobbelaere, S. Delalande, A. Lacour, M. Cabaret, A. C. Lepoutre, V. Deramecourt, H. Zéphir, B. Fowler, P. Vermersch (2012. július 1.). „Methionine synthase deficiency: a rare cause of adult-onset leukoencephalopathy”. Neurology 79 (4), 386–388. o. DOI:10.1212/WNL.0b013e318260451b. PMID 22786600.  
  34. ↑ S. Gulati, P. Baker, Y. N. Li, B. Fowler, W. Kruger, L. C. Brody, R. Banerjee (1996. december 1.). „Defects in human methionine synthase in cblG patients”. Human Molecular Genetics 5 (12), 1859–1865. o. DOI:10.1093/hmg/5.12.1859. PMID 8968736.  

Fordítás[szerkesztés]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Methionine synthase című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források[szerkesztés]

További információk[szerkesztés]

A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Metionin-szintáz&oldid=26711076”