Porfobilinogeenisyntaasi

Porfobilinogeenisyntaasi eli aminolevulinaattidehydrataasi on lyaaseihin kuuluva entsyymi. Entsyymin substraattina toimii aminolevuliinihappo ja tuotteena muodostuu porfobilinogeenia. Porfobilinogeenia esiintyy niin esi- kuin aitotumaisissakin soluissa ja se on tärkeä entsyymi porfyriinien kuten hemin ja klorofyllin biosynteesissä. Porfobilinogeenisyntaasin EC-numero on EC 4.2.1.24.

Rakenne ja toiminta
Porfobilinogeenisyntaasia esiintyy useissa eliöissä. Ihmisellä se on aktiivinen erityisesti punasoluissa. Eri eliöiden entsyymit poikkeavat toisistaan kineettisten parametrien, metallikationivaatimusten ja pH-stabiiliuden suhteen. Rakenteeltaan porfobilinogeenisyntaasi on tyypillisesti joko kuudesta alayksiköstä koostuva heksameeri tai kahdeksasta alayksiköstä koostuva oktameeri. Näistä oktameeri on tyypillisempi ja katalyyttisesti aktiivisempi. Entsyymi on siis niin kutsuttu morfeeiini. Toimiakseen porfobilinogeenisyntaasi tarvitsee kahdenarvoisen metallikationin, joka on joko sinkki tai magnesium. Ihmisen entsyymi käyttää sinkkiä. Sinkistä riippuvaiset porfobilinogeenisyntaasit ovat hyvin herkkiä lyijyn aiheuttamalle inhibiitiolle. Lyijy sitoutuu entsyymissä sinkin tilalle, mutta ei toimi samalla tavoin katalyyttisesti aktiivisena metallina. Lyijymyrkytyksen aiheuttama anemia ja virtsan aminolevuliinihapon pitoisuuden nousu johtuu porfobilinogeenisyntaasin toiminnan estymisestä.

Porfobilinogeenisyntaasin katalysoiman reaktion mekanismille on esitetty useita vaihtoehtoja. Yhteistä niille on, että ensimmäisessä vaiheessa muodostuu aminolevuliinihapon ketonin karbonyyliryhmän ja entsyymin aktiivisen kohdan lysiiniaminohapon välille imiini eli niin kutsuttu Schiffin emäs. Erään esitetyn mekanismin mukaan seuraavassa vaiheessa emäksinen aminohappo deprotonoi toisen aminolevuliinihapon ketoniryhmän viereisen hiiliatomin, jolloin muodostuu enolaatti-ioni. Tämä enolaatti-ioni on nukleofiilinen ja reagoi elektrofiilisen imiinin kanssa additioreaktiolla. Seuraavassa vaiheessa tapahtuu protoninsiirto ja entsyymin ja substraatin välinen aminosidos protonoituu ja muodostuu ammoniumioni. Tämä välituote hajoaa aldolikondensaatioreaktion mukaisesti ja muodostuva välivaihe irtoaa entsyymistä. Muodostuva tuote sisältää nukleofiilisen aminoryhmän ja elektrofiilisen ketoniryhmän ja välituote syklisoituu molekyylinsisäisellä kondensaatioreaktiolla. Näin muodostuneesta yhdisteestä syntyy porfobilinogeenia protoninsiirtojen seurauksena.

Eräässä porfyriatyypissä akuutissa kongenitaalisessa porfyriassa porfobilinogeenisyntaasin aktiivisuus on vähäinen tai entsyymiä ei muodostu. Tämä johtaa virtsan aminolevuliinihapon ja koproporfyrinogeeni III:n pitoisuuden kasvamiseen. Sairaus periytyy autosomien välityksellä ja oireet ovat samankaltaisia akuutin intermittentin porfyrian kanssa.

Lähteet

Lyaasit