효소

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 312(2023) 이 기사 인용

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피리독살-5'-인산(PLP)은 다양한 유형의 효소 반응을 돕는 다용도 보조인자입니다. PLP는 또한 기질과 반응하고 효소와 무관하게 이러한 반응 중 일부를 촉매하는 것으로 보고되었습니다. 이러한 촉매 반응 중 하나는 다가 금속 이온이 있을 때 시스테인이 분해되어 황화수소(H2S)를 생성하는 것입니다. 그러나 다가 이온이 없을 때 시스테인을 이화하는 데 있어 PLP의 효소 독립적 촉매 활성은 알려져 있지 않습니다. 이 연구에서 우리는 PLP가 시스테인과 반응하여 흡수 스펙트럼의 양자 화학 계산에 의해 뒷받침되는 티아졸리딘 생성물을 형성한다는 것을 보여줍니다. PLP와 시스테인의 반응은 이온 강도와 pH에 따라 달라집니다. 티아졸리딘 생성물은 서서히 분해되어 H2S를 생성하고 PLP는 더 긴 반응 시간(> 24시간)을 통해 활성 형태로 재생되는데, 이는 PLP가 촉매 역할을 할 수 있음을 시사합니다. 우리는 H2S를 생성하기 위해 PLP 촉매 시스테인 분해에 대한 효소 독립적 타당한 반응 메커니즘을 제안합니다. 이는 나중에 천천히 가수분해되어 PLP를 재생하는 티아졸리딘 고리 중간체의 형성을 통해 진행됩니다. 이 연구는 PLP가 효소, 염기 및 다가 금속 이온이 없을 때 시스테인 분해를 촉매하여 H2S를 생성한다는 것을 보여줍니다.

1942년 Snell 등이 발견했습니다. 피리독살-5'-인산(PLP)은 비타민 B6의 대사 활성 형태입니다. 이는 아미노산과의 다양한 반응을 촉매하는 효소의 가장 다재다능한 보조 인자 중 하나입니다1. 보조인자로서 PLP는 모든 효소 활동의 거의 4%에 사용됩니다2. PLP 의존 효소는 아미노기 전이, 라세미화, 탈카르복실화, α, β, γ-치환 및 제거, 알돌알돌레이션, Claisen 축합, 그리고 최근에는 아미노산 존재 시 산화성 탈아미노화를 촉매합니다3. 흥미롭게도 PLP는 효소 독립적인 방식으로 이러한 반응 중 일부를 촉매할 수도 있습니다. 아미노산 치환, α, β-치환 및 탈카르복실화는 수용액에서 비효소적으로 PLP 및 다가 금속 이온에 의해 촉매화되지만4,5,6,7,8,9,10,11 진행되는 것으로 보고되었습니다. 금속 이온 없이 천천히12. 예를 들어, 효소가 없는 PLP는 피리독사민4을 생성하기 위해 아미노산과 함께 가열될 때 느린 아미노전이 과정을 겪습니다. 이러한 연구는 PLP의 알데히드 그룹이 활성 부위로 작용하고 아미노산과 쉽고 가역적으로 반응하여 다른 반응 조건에 따라 더 반응하여 생성물을 형성하는 Schiff 염기를 형성한다는 결론을 내렸습니다. PLP는 효소와 독립적으로 이러한 생성물을 생성하므로 PLP와 필수 아미노산의 직접적인 상호 작용을 이해하는 것이 중요합니다.

다가 금속 이온이 없을 때 시스테인과의 반응에 대한 PLP의 효소 독립적 촉매 역할은 아직 연구되지 않았습니다. 이는 PLP와 시스테인의 반응이 축합을 통해 안정한 생성물인 티아졸리딘 고리를 형성하는 것으로 널리 보고되었기 때문입니다. 초기 연구에서는 티아졸리딘 고리 형성이 세 단계로 진행된다는 결론을 내렸습니다. 첫 번째는 PLP의 알데히드 그룹에 있는 시스테인의 아민 그룹을 추가하고, 두 번째는 물을 제거하여 알디민성 Schiff 염기를 형성하고, 세 번째는 고리 폐쇄입니다(그림 1A). . 티아졸리딘 고리는 24시간 이상 안정한 것으로 보고되었으나, 더 긴 연구는 보고되지 않았습니다15. 또는 시스테인의 티올 그룹은 PLP의 알데히드 그룹과 반응하여 헤미머캅탈 또는 머캅탈 중간체를 형성할 수도 있습니다. 흥미롭게도 S-(p-치환 페닐) 시스테인과 같은 시스테인 유도체가 약알칼리성 조건에서 PLP와 반응하면 α, β-제거를 거쳐 암모니아, 피루브산 및 S-(p-치환 페닐) 유사체를 생성하고 PLP가 재생성됩니다(그림 1B). 이는 약알칼리성 조건에서 S-치환 시스테인 분해에서 PLP의 촉매 역할을 확인했습니다.