אספרטט טראנסקרבמוילאז

אספרטט טראנסקרבמוילאז (ATCase) הוא אנזים המקטלז את יצירת N-carbamoylaspartate משני סובסטרטים: אספרטט וקרבמויל-פוספט. ריאקציה זו היא השלב הראשון במסלול הביוסינתיזה של פירימדינים.

מבנה
ATCase הוא הטרו-אוליגומר, הבנוי מ-12 תתי יחידות, במשקל כולל של כ- 300kDa. הסטויכומטריה של תתי היחידות במבנה הרביעוני היא C6R6, כלומר שש שרשראות פוליפפטידיות קטליטיות (בעלות קבוצות קטליטיות החיוניות לפעילות החלבון; משקל כל שרשרת קטליטית: 34kDa) ושש שרשראות פוליפפטידיות רגולטוריות (בקרתיות, שאינן מזרזות ריאקציה כימי, אך מבקרות את פעילות האנזים; משקל כל שרשרת רגולטורית: 17kDa). המבנה הרביעוני של אנזים זה מראה כי כל שלוש שרשראות קטליטיות יוצרות טרימר קטליטי (בעלי משקל של 34KDa) וכל שתי שרשראות רגולטוריות יוצרות דימר בקרתי (רגולטורי). שני הטרימרים הקטליטיים יוצרים אינטראקציות זה עם זה באמצעות אינטראקציות עם שלושת הדימרים הרגולטוריים.

קינטיקה
קשירת הסובסטרטים לאנזים היא קואופרטיבית ולכן בגרף מהירות כנגד ריכוז סובסטרט מתקבלת תלות סיגמואידלית. פעילות ATCase ניתנת להסבר באופן מיטבי לפי מודל MWC, לפיו האנזים יכול להמצא באחד משתי קונפורמציות רביעוניות בעלות זיקה שונה.

בקרה
ATCase מבוקר על ידי מספר אפקטורים אלוסטריים:
אספרטט וקרבמויל פוספט הם אפקטורים אלוסטריים הומוטרופיים חיוביים המגדילים את הזיקה בין האנזים לסובסטרטים.
CTP הוא אפקטור הטרוטרופי שלילי המקטין את הזיקה של האנזים לסובסטרטים שלו ומגדיל את הקואופרטיביות. CTP הוא תוצר הסופי במסלול ביוסינתזה זה ולכן זהו עיכוב בהיזון חוזר feedback inhibition.
ATP הוא אפקטור הטרוטרופי חיובי המגדיל את הזיקה של האנזים לסובסטרטים שלו ומקטין את הקואופרטיביות. ריכוז גבוה של ATP מאותת על אנרגיה זמינה בתא ולאפשרות של שכפול DNA, ולכך דרושה סינתזה של פירמידינים. ATP הוא גם פורין ולכן בקרה זו מאפשרת ויסות של ריכוז הפורינים והפירימידינים בתא. ATP וCTP נקשרים לתתי היחידות הרגולטוריות של האנזים.

הפרדה לטרימרים קטליטיים ודימרים רגולטוריים
טיפול כימי של ATCase על ידי הריאגנט p-hydroxymercuribenzoate גורם להפרדה בין תתי היחידות הקטליטיות והרגולטוריות. לאחר הפירוק (וניתוק הריאגנט), הטרימרים הקטליטיים המבודדים אינם קואופרטיביות ביחס לקישור הסובסטרטים, אלא מתנהגים לפי דגם קינטיקת מיכאליס-מנטן. בנוסף, פעילותם אינה מבוקרת עוד על ידי ATP או CTP. לעומת זאת הדימרים הרגולטוריים המבודדים אינם מראים פעילות קטליטית, אך קושרים היטב את ATP ואת CTP.

עיכוב
N-phosphonacetyl-L-aspartate (בקיצור: PALA) הוא אנלוג, הדומה לקומפלקס של שני הסובסטרטים הנוצר במצב המעבר של הריאקציה. PALA מעכב את האנזים, תוך הסטת מבנהו הרביעוני למבנה בעל האפיניות הגבוהה.

קישורים חיצוניים

ביוכימיה