N-Ацетилглутаматсинтаза

N-Ацетилглутаматсинтаза (, сокр. NAGS, КФ 2.3.1.1) — фермент из семейства ацилтрансфераз (класс трансферазы), катализирующий реакцию переноса ацетильной группы (CH3-CO-) от молекулы ацетил-CoA на молекулу субстрата — глутамата, по уравнению:

 ацетил-CoA + глутамат → CoA-SH + N-ацетилглутамат.

Продуктами реакции соответственно являются кофермент А и N-ацетилглутамат (NAG).

N-ацетилглутамат (NAG) может быть использован в синтезе двух важных аминокислот — орнитина и аргинина или выступать аллостерическим кофактором для карбамоилфосфатсинтетазы I (CPS1). У млекопитающих фермент локализован в митохондриальном матриксе, клетках печени (гепатоцитах) и кишечника (энтероцитах).

Ген, кодирующий данный фермент локализован в 17-й хромосоме — NAGS.

Биологические функции 

Большинство прокариот (бактерий) и низшие эукариоты (грибы, зелёные водоросли, растения и т.д.) продуцируют N-ацетилглутамат (NAG), посредством орнитин-ацетилтрансферазы (ОАТ), которая является частью орнитинового цикла.
В некоторых растениях и бактериях, однако, NAG катализирует первую ступень в „линейном“ пути синтеза аргинина.

Белковые последовательности NAGS между прокариотами, низших эукариот и высших эукариот показали замечательное отсутствие сходства. Идентичность последовательности между прокариотических и эукариотических NAGS в основном составляет <30 %, в то время как идентичность последовательности между низшими и высшими эукариотами составляет ~20 %. 

Ферментативная активность NAGS модулируется L-аргинином, который действует как ингибитор в растительных и бактериальных формах фермента, но служит эффектором (активатором) у позвоночных. Хотя роль аргинина в качестве ингибитора NAG в синтезе орнитина и аргинина хорошо известно, однако, есть некоторые противоречия относительно роли NAG в цикле мочевины. В настоящее время принята роль NAG у позвоночных, в котором он служит важным аллостерическим кофактором для CPS1 (действует в качестве основного регулятора потока цикла мочевины). В этой роли, регуляция обратной связи аргинином будет сигнализировать ферменту NAGS об избытке аммиака в клетке, который должен быть удалён посредством ускорения ферментативной функции NAGS. Как можно заметить, эволюционный путь NAGS из незаменимого (эссенциального) синтетического фермента до первичного регулятора цикла мочевины, ещё не полностью изучен.

Механизм катализа 

Для катализа N-ацетилтрансферазы было предложено два механизма: двухступенчатый, так называемый пинг-понг механизм, связанный с передачей соответствующих ацетильных групп к активированному остатку цистеина, и одноступенчатый механизм, посредством прямой атаки атомом азота аминогруппы по карбонильной группе. Исследования, проведённые с использованием NAGS, полученных из гонококков (Neisseria gonorrhoeae) предполагают, что ферментный катализ протекает через описанный ранее одностадийный механизм. В данном предположении, карбонильная группа ацетил-CoA подвергается атаки непосредственно атомом α-аминного азота (аминогруппы) глутамата. Этот механизм поддерживается активацией карбонильной группы через поляризацию водородной связи, а также в отсутствие подходящего цистеина в активном центре, в качестве промежуточного акцептора ацетильной группы.

Медицинское значение 
Инактивация NAGS приводит к дефициту N-ацетилглутаматсинтазы, одной из форм гипераммонемии. В организмах многих позвоночных N-ацетилглутамат (NAG) является важным аллостерическим кофактором CPS1 — фермента, который катализирует первую ступень в цикле мочевины. Без стимуляции NAG, CPS1 не может преобразовать аммиак в карбамоилфосфат, что приводит к накоплению токсичного аммиака для живых клеток. Карбамоилглутамат показывает надежду на возможное лечение NAGS дефицита. Вследствие структурного сходства между молекулами NAG и карбамоилглутамата, последний возможно использовать в качестве эффективного агониста карбамоилфосфатсинтетазы I (CPS1).

Примечания 

Белки по алфавиту
Ферменты по алфавиту
Трансферазы
КФ 2.3.1