Tryptofaanisyntaasi

Tryptofaanisyntaasi tai tryptofaanisyntetaasi on entsyymi, joka osallistuu aminohappo tryptofaaniin biosynteesiin. Se katalysoi sekä indoli-3-glyserolifosfaatin hajotusta indoliksi ja glyseraldehydi-3-fosfaatiksi että indolin ja seriinin välistä kondensaatioreaktiota tryptofaaniksi. Tryptofaanisyntaasia esiintyy kasvi-, sieni- ja bakteerisoluissa, mutta ei eläimillä.
Rakenne.
Tryptofaanisyntaasi on rakenteeltaan tetrameeri ja koostuu kahdesta α-alayksiköstä ja β-dimeeristä. Entsyymi on kooltaan noin 150 Å, ja sen alayksiköt sitoutuvat toisiinsa muodostaen lineaarisen αββα-kompleksin. Tetrameerin rakenne eroaa α-kierteiden ja β-laskosten muodostamasta trioosifosfaatti-isomeraasiin verrattavasta αβ-tynnyrirakenteesta siten, että β-alayksikön rakenne on kerroksittainen laskos-kierre-laskos-rakenne. Alayksikköjen aktiiviset kohdat ovat yhteydessä toisiinsa 25 Å pitkän kanavan kautta. Sekä α- että β-alayksiköt esiintyvät avoimessa ja ei-aktiivisessa konformaatiossa ja muuttavat muotoaan substraatin ja koentsyymin sitoutuessa.
Mekanismi.
Molemmat tryptofaanisyntaasin alayksiköistä katalysoivat eri reaktiota. Indoli-3-glyserolifosfaatin hajotus tapahtuu α-alayksikössä. Ennen kuin mitään reaktiota tapahtuu α-alayksikössä täytyy pyrodoksaalifosfaatin kiinnittyä β-alayksiköön, jossa se muodostaa seriiniaminohapon kanssa niin kutsutun Schiffin emäksen, josta lohkeaa vettä ja muodostuu erittäinen reaktiivinen aminoakrylaattijohdannainen.
Tärkeitä aminohappoja α-alayksikön aktiivisessa kohdassa ovat asparagiini- ja glutamiinihappo. Glutamiinihappo toimii protonin luovuttajana, ja asparagiinihapon tehtävä on tasapainottaa muodostuvaa tuotetta. Indoli-3-glyserolifosfaatti ottaa vastaan protonin, jolloin muodostuu iminiumioni, joka hajoaa käänteisellä aldolireaktiolla indoliksi ja glyseraldehydi-3-fosfaatiksi. Hajoamista edistää myös indolin tautomersoituminen indoleniinimuodoksi. Eräät indolin johdannaiset, kuten indoli-3-propanolifosfaatti, indoliasetyyliglysiini, indoliasetyyliasparagiinihappo ja indoliasetyylivaliini, häiritsevät välituotteiden muodostumisen tasapainoa tai sitoutuvat entsyymiin substraatin sijasta, eli ovat kilpailevia inhibiittoreita.
Indoli kulkeutuu kanavaa pitkin β-alayksikköön. Jos alayksiköt eivät olisi yhteydessä toisiinsa kanavan kautta, olisi vaarana, että hydrofobisena molekyylinä indoli diffundoituisi ulos solusta eikä β-alayksikön reaktiota tapahtuisi. Indoli on enamiini ja reagoi konjugaattiadditiolla eli Michael-additiolla seriinin ja pyridoksaalifosfaatin muodostaman aminoakrylaattijohdannaisen kanssa. Reaktiota seuraa useiden eri kinonoidi- ja aldimiinivälivaiheiden kautta tryptofaanin muodostuminen. Reaktioihin osallistuvia aminohappoja ovat muun muassa seriini, glutamiinihappo ja lysiini. Tämän alayksikön toiminta on allosteerisesti säädeltyä.
Mahdollinen lääkeaineiden kohde.
Koska eläimillä ei ole tryptofaanisyntaasia, on sen inhibiittoreita tutkittu lääkeaineina bakteerien ja muihin mikrobien aiheuttamiin sairauksiin kuten tuberkuloosiin, kryptosporidioosiin ja silmien ja sukupuolielinten infektioihin. Kuitenkin bakteerien on havaittu kykenevän ottamaan aminohappoja ympäristöstään, jos niiden omat aminohappojen biosynteesireitit on estetty. Tryptofaanisyntaasia tutkitaan myös herbisidien vaikutuskohteena.