Новая презентация (3)

1.

Гистидиндекарбоксилаза:
история изучения, структура,
механизм действия и практическое
значение
Выполнила Кауфман Дарья
3 курс, 244 группа

2.

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность изучения гистидиндекарбоксилазы продиктована его ключевой ролью в
патогенезе аллергических и воспалительных заболеваний, а также возрастающим
интересом к бактериальным формам HDC в метаболической инженерии. В связи с
этим целью настоящей работы является систематизация современных данных о
структурной организации, каталитическом механизме и практическом использовании
гистидиндекарбоксилазы

3.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ
-
Эсмонд Снелл
Путь к пирувоил-зависимой HDC (PDB 1PYA)
-
1960–1970-е
Высокая активность HDC в фетальных тканях мыши и крысы
-
2000–2010-е
Структура человеческой HDC (PDB 4E1O); Fleming et al., 2004, мутагенез

4.

СТРОЕНИЕ PLP-зависимой HDC
Зрелая PLP-зависимая HDC млекопитающих —
гомодимер. Каждый мономер включает три домена:
N-концевой домен — участвует в
межмономерном взаимодействии; содержит
PEST-последовательность, связанную с
деградацией активного фермента;
Центральный PLP-связывающий домен —
содержит 7 β-листов, общий структурный
признак декарбоксилаз группы II (HDC, AADC,
декарбоксилаза глутамата);
C-концевой домен — в димеризации и катализе
существенной роли не играет.

5.

СТРОЕНИЕ пирувоил-зависимой HDC
Пирувоил-зависимая HDC из Lactobacillus
30a — гексамер (αβ)₆, состоящий из двух
тримеров, упакованных «спина к спине» с
образованием гантелевидной структуры с
полостями на концах. Каждая αβ-пара
возникает в результате
автопротеолитического расщепления
единой полипептидной цепи: в
проферменте остаток Ser-82 подвергается
серинолизу с образованием пирувоила (Prv82) на N-конце β-субъединицы. Это один из
первых описанных примеров
самопроцессинга белка с образованием
каталитического кофактора. Структура
установлена (PDB 1PYA).

6.

АКТИВНЫЕ ЦЕНТРЫ
Активный центр PLP-зависимой HDC
Активный центр пирувоил-зависимой HDC

7.

БИОГЕНЕЗ КОФАКТОРОВ: пути образования PLP и пирувоила
Пиридоксаль-5'-фосфат
Пирувоил - серинолиз
Поступает из пула витамина B₆.
Пиридоксалькиназа фосфорилирует
пиридоксаль, после чего апофермент
захватывает готовый кофактор.
Три последовательных шага:
внутримолекулярная циклизация Ser-82,
β-элиминирование связи и гидролиз
дегидроаланина до концевого пирувоила.

8.

КАТАЛИЗИРУЕМАЯ РЕАКЦИЯ
Обе формы катализируют одну и ту же необратимую реакцию:
L-гистидин → гистамин + CO₂

9.

МЕСТО В КЛАССИФИКАЦИИ ФЕРМЕНТОВ, ШИФР
Гистидиндекарбоксилаза относится к:
Класс 4 — лиазы (отщепление групп без участия воды);
● Подкласс 4.1 — карбон-углерод-лиазы;
● Под-подкласс 4.1.1 — карбокси-лиазы.
Шифр: КФ 4.1.1.22 (EC 4.1.1.22). Систематическое название — L-гистидин
карбокси-лиаза. Синонимы: HDC, HdcA, HisDCase.

10.

МЕХАНИЗМ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ PLP-зависимой HDC
Каталитический цикл PLP-зависимой HDC
Стадия I - образование внешнего альдимина.
Стадия II - декарбоксилирование.
Стадия III — высвобождение продукта и регенерация фермента.

11.

МЕХАНИЗМ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ пирувоил-зависимой HDC

12.

РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ
Альтернативный сплайсинг
Гормональный баланс
Оперонный кластер hdc
Функциональный белок
млекопитающих транслируется
строго с зрелой мРНК размером 2,4
т.п.н. Укороченные сплайсварианты трансляционно
неактивны.
Эстрогены и гастрин резко
повышают транскрипцию HDC в
слизистой желудка;
глюкокортикоиды оказывают
мощный подавляющий эффект.
У бактерий регуляция
индуцибельная: оперон
активируется при закислении среды
и избытке экзогенного L-гистидина
как защитный механизм.

13.

АКТИВАТОРЫ И ИНГИБИТОРЫ
Для PLP-зависимых форм активатором является сам кофактор -пиридоксаль-5′-фосфат
Для пирувоил-зависимых экзогенный активатор не нужен
Специфические
α-метилгистидин (конкурентный), α-фторметилгистидин
(суицидный, необратимый), α-гидразиногистидин (образует
прочный комплекс с PLP)
Неспецифические
Карбонильные реагенты (гидроксиламин, гидразин,
семикарбазид) — блокируют карбонильную группу
кофактора.
Ионы металлов
NiCl₂ и CoCl₂ ингибируют фермент, а ZnCl₂ и HgCl₂ — нет

14.

РОЛЬ В МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

15.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ГИСТИДИНДЕКАРБОКСИЛАЗЫ
Преэклампсия
○
Повышенная активность HDC —
потенциальный маркер (системное
воспаление, активация эндотелия).
Аналитические тест-системы
○
Детекция L-гистидина (биомаркер
болезни Крона, язвенного колита,
гистидинемии, онкологии).
○
○
Контроль бактерий-продуцентов
гистамина (предотвращение
токсикозов).
применение PLP-зависимой HDC человека
Гетерологичные штаммы-продуценты.
Выход > 55 г/л (экономическая
конкурентоспособность).
Биосенсоры
○
Пищевая безопасность
○
Микробный синтез гистамина
PpHDC (P. phosphoreum) и ее термостабильные
мутанты (PDB 7ERV) для детекции L-гистидина.
Мультиферментные каскады
○
«Зеленая» химия: синтез карнозина из Lгистидина и β-аланина.
Фармакологические мишени
○
Ингибиторы HDC для блокировки синтеза
гистамина (терапия аллергии и воспалений).
применение бактериальной Пирувоил-зависимой HDC

16.

МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНОСТИ

17.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Гистидиндекарбоксилаза (HDC) уникальна тем, что под одним шифром КФ объединяет две
структурно неродственные формы — PLP-зависимую (у человека) и пирувоил-зависимую (у
бактерий), которые используют единый химический механизм катализа.
Благодаря строгой тканевой специфичности, человеческая HDC критически важна для иммунной,
пищеварительной и нервной систем, а также является потенциальным биомаркером преэклампсии.
В свою очередь, бактериальные формы фермента служат мощным инструментом
биотехнологии для промышленного синтеза гистамина (> 55 г/л), создания
биосенсоров и «зеленого» получения карнозина.