Aspartoacilaza je hidrolazni enzim (EC 3.5.1.15, aminoacilaza II, N-acetilaspartat amidohidrolaza, acetil –aspartat deaminaza, acilaza II, ASPA), koja je kod ljudi kodirana genom ASPA. ASPA je odgovoran za kataliziranje deacilacije N-acetil-l-aspartata (N-acetilaspartata) u aspartansku kiselinu i acetat. To je cink-zavisna hidrolaza koja promovira deprotoniranje vode da bi se koristila kao nukleofil u mehanizmu analognom mnogim drugim cink-zavisnim hidrolazama. Najčešće se nalazi u mozgu, gdje kontrolira razinu N-aktetil-l-aspartata. Mutacije koje rezultiraju gubitkom aktivnosti aspartoacilaze povezane su sa Canavanovom bolešću, rijetkim autosomno recesivnim neurodegenerativnim poremećajem.
Struktura Dužina polipeptidnog lanca je 313 aminokiselina, a molekulska težina 35.735 Da..
Aminokiselinska sekvenca 1020304050 MTSCHIAEEHIQKVAIFGGTHGNELTGVFLVKHWLENGAEIQRTGLEVKP FITNPRAVKKCTRYIDCDLNRIFDLENLGKKMSEDLPYEVRRAQEINHLF GPKDSEDSYDIIFDLHNTTSNMGCTLILEDSRNNFLIQMFHYIKTSLAPL PCYVYLIEHPSLKYATTRSIAKYPVGIEVGPQPQGVLRADILDQMRKMIK HALDFIHHFNEGKEFPPCAIEVYKIIEKVDYPRDENGEIAAIIHPNLQDQ DWKPLHPGDPMFLTLDGKTIPLGGDCTVYPVFVNEAAYYEKKEAFAKTTK LTLNAKSIRCCLH Simboli
C: Cistein D: Asparaginska kiselina E: Glutaminska kiselina F: Fenilalanin G: Glicin H: Histidin I: Izoleucin K: Lizin L: Leucin M: Metionin N: Asparagin P: Prolin Q: Glutamin R: Arginin S: Serin T: Treonin V: Valin W: Triptofan Y: Tirozin
Aspartoacilaza je dimer dva identična monomera od 313 aminokiselina i u svakom koristi cink-kofaktor. U svakom monomeru postoje dvija različita domena: N-terminalni domen od ostataka 1-212 i C-terminalni od ostataka 213–313. N-terminalni domen aspartoacilaze sličan je domenu hidrolaza zavisnih od cinka, kao što je karboksipeptidaza A. Međutim, karboksipeptidaze nemaju nešto slično C-domenu. U karboksipeptidazi A, aktivno mesto je dostupno velikim supstratima poput glomaznog C-terminalnog ostatka polipeptida, dok je C-domen sterno ometa pristup aktivnom mjestu aspartoacilaze. Umjesto toga, N-domen i C-domen aspartoacilaze čine duboki uski kanal koji vodi do aktivnog mjesta.
Kofaktor cinka nalazi se na aktivnom mjestu, a drže ga Glu-24, His-21 i His 116. Podlogu (supstrat) drže Arg-63, Asn-70, Arg-71, Tyr-164, Arg-168 i Tyr-288. Cinkov kofaktor koristi se za snižavanje pK vode, povezane vode tako da može doći do napada na N-acetil-L-aspartat i za stabilizaciju rezultirajućeg tetraedarskog međuprodukta, zajedno sa Arg-63 i Glu-178. thumb|280px|Monomer aspartoacilaze s N-domenom u zelenoj, C-domenom u žutoj i cinkovim kofaktorom u crvenoj boji. Generirano iz 2I3C. Aktivno mjesto aspartoacilaze s vezanim N-fosfonamidat-L- aspartat. Ovo je tetraedrični srednji analog sa fosforom koji zamjenjuje napadnuti ugljik. U strukturi, cink, Arg-63 i Glu-178 stabiliziraju tetraedarski intermedijer. Generirano iz 2O4H.
Mehanizam
Postoje dva tipa mogućih mehanizama za hidrolaze ovisne o cinku, ovisno o tome što je nukleofil. Prva koristi deprotoniranu vodu, a druga napada s aspartat ili glutamat, prvo formirajući anhidrid. Aspartoacilaza slijedi deprotonirani vodeni mehanizam. Cink snižava pKa podvezane molekule vode i reakcija se nastavlja napadom na N-acetil-l-aspartat, kada se molekula vode deprotonira glukozom 178. To dovodi do tetraedarskog intermedijera koji je stabiliziran cinkom, Arg-63 i Glu-178. Konačno, karbonil se zatim reformira, veza s dušikom se prekida i protok protonira dušik, protonom koji uzima Glu-178, u jednom usklađenom koraku.
thumb|right|320px|Mehanizam djelovanja aspartoailaze
Biološka funkcija
Aspartoacilaza se koristi za metabolizaciju N-acetil-L-aspartata, katalizirajući njegovu deacilaciju. Aspartoacilaza sprečava nakupljanje N-acetil-L-aspartata u mozgu. Smatra se da je kontrola nivoa N-acetil-L-aspartata od suštinske važnosti za razvoj i održavanje bijele tvari. Nije poznato zašto se toliko mnogo N-acetil-L-aspartata stvara u mozgu, niti koja je njegova primarna funkcija. Međutim, jedna od hipoteza je da se potencijalno koristi kao hemijski rezervoar u koji se može iskoristiti acetat za sintezu acetil-CoA ili aspartat za sintezu glutamata. Na taj se način, N-acetil-L-aspartat može se koristiti za transport ovih prekursorskih molekula, a aspartoacilaza se koristi za njihovo oslobađanje. Naprimjer, N-acetil-L-aspartat proizveden u neuronima može se transportirati u oligodendrocite, a oslobođeni acetat se može koristiti za sintezu mijelina. Druga hipoteza je da je N-acetil-L-aspartat esencijalni osmolit koji djeluje kao molekulska pumpa za vodu koja pomaže u održavanju pravilne ravnoteže tečnosti u mozgu.
Klinički značaj
Mutacije koji su dovele do gubitka aktivnosti aspartoacilaze identifikovane su kao uzrok Canavanove bolesti. Canavanova bolest je rijedak autosomno recesivni poremećaj koji uzrokuje spužvastu degeneraciju bijele materije u mozgu i ozbiljnu psihomotornu retardaciju, koja obično dovodi do smrti u mladoj dobi. The loss of aspartoacylase activity leads to the buildup of N-acetyl-L-aspartate in the brain and an increase in urine concentration by up to 60 times normal levels. Iako tačan mehanizam kako gubitak aktivnosti aspartoacilaze dovodi do Canavanove bolesti nije u potpunosti razumljiv, postoje dva osnovna konkurentska objašnjenja. Prvo je da dovodi do neispravne sinteze mijelina zbog nedostatka acetil-CoA izvedenog iz acetata. Drugo objašnjenje je da povišeni nivoi N-acetil-l-aspartata ometaju njegov normalan osmoregulacijski mehanizam , što dovodi do osmotske neravnoteže.
Prijavljeno je preko 70 mutacija ovog enzima, ali najčešće su supstitucije aminokiselina E285A i A305E. E285A smanjuje aktivnost aspartoacilaze na samo 0,3% svoje normalne funkcije i nalazi se u 98% slučajeva kod potomaka Aškenazi Jevreja. Mutacija A305E nalazi se u oko 40% nejevrejskih pacijenata i smanjuje aktivnost na oko 10%. Od ove dvije mutacije uzeta je kristalna struktura mutanta E285A, što pokazuje da gubitak vodikove veze iz glutamata dovodi do promjene konformacijse p koja iskrivljuje aktivno mjesto i mijenja vezivanje supstrata, što dovodi do znatno niže katalitske aktivnosti.
thumb|320px| Iskrivljenje aktivnog mjesta uzrokovano mutacijom E285A. Divlji tip ASPA je s lijeve strane (2O4H) a E285A na desnoj (4NFR).
Reference
Vanjski linkovi
Kategorija:EC 3.5.1 Kategorija:Geni na hromosomu 17 Kategorija:Ljudski proteini Kategorija:Proteomika