5,6,7,8-Tetrahydromethanopterin ( THMPT , H)4MPT ist ein Coenzym der Methanogenese . Es ist der Träger der C1-Gruppe, während diese auf die Methylstufe reduziert wird , bevor sie auf das Coenzym M übertragen wird . [ 1 ]
Struktur
Die Struktur von H4MPT ist analog zu Tetrahydrofolat (THFA, H₄ - Folat). Beide besitzen einen von Dihydropteroat ( H₂Pte ) abgeleiteten Kern, jedoch besitzt H₄ - Folatsäure einen Glutamylrest, der an die 1'- Carbonylgruppe von H₂Pte gebunden ist .4MPT besitzt stattdessen „einen Ribitolrest, der an Ribose-5-phosphat und von dort an Hydroxyglutarat gebunden ist “. Der Pteroat-Teil weist zudem zwei zusätzliche chirale Methylgruppen auf: Kohlenstoffatom Nr. 12 am Zweig, der ihn mit dem Phenylring verbindet (Position 11, entspricht Position 9 im Folat), und Kohlenstoffatom Nr. 13 am Pterin-Kern (Position 7 sowohl in MPT als auch im Folat). [ 2 ]
Das Fehlen einer elektronenziehenden Carbonylgruppe in para- Position zu N 10 erhöht die Elektronendichte an dieser 10-Position. Der pKa-Wert für dieses Atom in H4Der MPT-Wert beträgt -1,2, im Vergleich zu +2,4 für H₄ - Folat. Das biochemische Redoxpotential E' 0ist negativer in Reaktionen, an denen Ein-Kohlenstoff-Einheiten gebunden sind. Im Gegensatz dazu bleibt die chemische Umgebung von N₅ hinsichtlich der Enthalpie weitgehend unverändert . [ 2 ] Dieser Unterschied hat unter anderem folgende Auswirkungen:
- Methenyl-THMPT ( CH+- H4MPT ) ist schwieriger zu reduzieren als Methenyl-THFA ( CH+- H4Folat). Die Reduktion erfolgt durch eine sogenannte eisen-schwefelclusterfreie Hydrogenase . Der etwas umständliche Name unterscheidet diese Hydrogenase von den anderen Hydrogenasen , die einen Fe-S-Cluster enthalten . [ 3 ] Sterische Hinderung durch die 11-Methylgruppe könnte ebenfalls eine Rolle spielen. [ 2 ]
- Die Methylengruppe von CH 2 - H4MPT tauscht langsamer mit der Formylgruppe aus Formaldehyd aus als mit der analogen CH₂ - H -Gruppe.4Folatreaktion. Die Epimerisierung dieser Methylengruppe verläuft ebenfalls langsamer. [ 2 ]
- Formyl (HCO)- H4MPT ist thermodynamisch in der Lage, spontan zu CH₂ - H zu cyclisieren.4MPT , im Gegensatz zu den Folat-Analoga, die eine Energiezufuhr aus ATP benötigen. [ 2 ]
- Anders als in THF, wo die Formylgruppe an Position 10 gebunden ist, ist die Formylgruppe bei THMPT an Position 5 gebunden. [ 2 ]
Biosynthese
Zu den Schritten der Biosynthese von Methanopetrin gehören: [ 4 ]
| Substrate | Produkte | Enzym | EG-Nummer | Gen-Namen | Anmerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| GTP + H2O | 7,8-Dihydro- D- neopterin-2′,3′-cyclisches Phosphat (H₂Npt - cP) + HCOOH + Pyrophosphat | GTP-Cyclohydrolase IV | 3.5.4.39 | MPTA | Neuer Typ einer GTP-Cyclohydrolase im Jahr 2007. [ 5 ] |
| H 2 Npt-cP + H2O | 7,8-Dihydro- D- neopterin (2′ oder 3′)phosphat (H₂Npt - P) | H 2 Npt-cP Phosphodiesterase | 3.1.4.56 | MptB | IUBMB berichtet von einem In-vitro -Produktverhältnis von 4:1 für 2' zu 3'. |
| 4-Aminobenzoat (PABA) + PRPP | Beta-Ribofuranosylphenol-5'-phosphat (β-RFA-P) + PPi + CO2 | β-RFA-P-Synthase | 2.4.2.54 | MPTG | |
| β-RFA-P + H 2 Npt-3'-P | 7,8-Dihydropterin-6-yl-methyl-4-((β-)D-ribofuranosyl)aminobenzol-5'-phosphat + PPi | (H 2 Pte-6-yl)-RFA-P-Synthase | 2.5.1.105 | MJ0301 | Ursprünglich wurde für diese Aktivität MptH/MJ0107 aufgrund der Ähnlichkeit zur Dihydropteroatsynthase vorgeschlagen . Laboruntersuchungen ergaben jedoch, dass das Metallo-β-Lactamase-Protein MJ0301 tatsächlich dafür verantwortlich ist. [ 6 ] |
| (H₂Pte - 6-yl)-RFA-P + 2 H2O ? | N-[(7,8-Dihydropterin-6-yl)methyl]-4-(1-desoxy-d-ribulosyl)aminobenzol + Pi + ? | Nicht identifizierte Lyase | -.-.-.- | Unk | Eine nicht identifizierte Ringöffnungsreaktion, die den geschlossenen Ribosering (Ribofuranosyl) in eine offene Ribulosekette ((H₂Pte - 6-yl)-RA) umwandelt. [ 7 ] |
| ( H₂Pte -6-yl)-RA + PRPP | (1-(4-{N-[(7,8-Dihydropterin-6-yl)methyl]amino}phenyl)-5-(5-phospho-α-D-ribulosyl)-1-desoxyribitol + PPi | Unidentifizierte ((H 2 Pte-6-yl)-RA)-PRPP-Synthase | -.-.-.- | Unk | Nicht identifizierte Kondensationsreaktion. [ 7 ] |
| ((H 2 Pte-6-yl)-RA)-PRPP + α-Ketoglutarsäure (AKG) | 7,11-Dinor-H 2 MPT + H2O + PPi | Ebenfalls nicht identifiziert | -.-.-.- | Unk | „7,11-Dinor“ bezieht sich auf das Fehlen zweier Methylgruppen im Vergleich zu Dihydromethanopterin. Siehe Nor- . |
| 7,11-Dinor-H 2 MPT + 2 AdoMet + ? | H₂MPT + 2 AdoHcy + ? | Nicht identifizierte Methyltransferasen | -.-.-.- | Unk | Position 11 wird, basierend auf der Beobachtung von Variantenmolekülen, zuerst methyliert. [ 8 ] MJ0619 ist ein Kandidatengen. [ 9 ] |
| H₂MPT + 2 NAD(P)H + 2 H⁺ | H 4 MPT + 2 NAD(P) + | Dihydromethanopterin-Reduktase oder Akzeptorvariante | 1.5.1.47 | dmrA | KEGG R03388, bakteriell. Charakterisiert 2004. Bevorzugt NADPH. [ 10 ] |
| H₂MPT + reduzierter Akzeptor | H 4 MPT + Akzeptor | Dihydromethanopterin-Reduktase (Akzeptor) | 1.5.99.15 | dmrX | KEGG R10802, Archaee. Charakterisiert 2014. Verwendet wahrscheinlich einen Flavin-Akzeptor. [ 11 ] |
Variationen
Es gibt zahlreiche Variationen von H.4MPT bei Archaeen (Bakterien neigen dazu, sich an das Standardmolekül zu halten): [ 8 ]
- Pyrococcus und Thermococcus besitzen anstelle des Hydroxyglutaminsäure-Terminus eine Poly-β3(l→4)-verknüpfte N-Acetylglucosamin-Seitenkette. Es können 1–5 Einheiten vorhanden sein.
- In (Tetrahydro) -Sarcinapterin ( H4SPT ) wird eine Glutamylgruppe an das 2- Hydroxyglutarsäureende von MPT gebunden. Diese Reaktion wird durch die Tetrahydrosarcinapterin-Synthase EC 6.3.2.33 vermittelt .
- (H 4 )Tatiopterin-0 unterscheidet sich von H4SPT wird durch das Fehlen der 7-Methylierung unterbunden. Tatiopterin-1 besitzt eine weitere Glutamylgruppe, die an die α-Carboxylgruppe des zusätzlichen Glutamyls gebunden ist.
- (H 4 )Thermopterin unterscheidet sich von Tatiopterin-0 durch die Hinzufügung einer elektronenziehenden Phenylgruppe in der 3'-Position, ortho zum Pterinteil und meta zur Ribulosekette.
- (H₄ ) -Sulfopterin von Sulfolobus besitzt keine Methylgruppe. Das Molekül ist bisher nur bis zum Ribuloserest charakterisiert, die übrigen Bestandteile sind unbekannt.
Biochemische Funktion
Ein-Kohlenstoff-Träger
N- Formylmethanofuran spendet die C1- Gruppe an die N5 - Position des Pterins und ergibt so 5-Formyl-THMPT (5-CHO- H).4MPT ). [ 12 ] (Dies unterscheidet sich von THF, das zur Bildung von 10-Formyl-THF neigt. Der Unterschied beruht auf der oben genannten lokalen chemischen Differenz.) [ 2 ] Die Formylgruppe kondensiert anschließend intramolekular zu 5,10-Methenyl- THMPT.+(5,10- CH+- H4MPT ), das dann zu 5,10-Methylen-THMPT (5,10- CH reduziert wird.2- H4MPT ) durch 5,10-Methenyl- THMPT+Hydrogenase mit H2als Elektronendonator. [ 3 ] 5,10-Methylen-MPT wird anschließend unter Verwendung von Coenzym F 420 als Elektronenquelle in Methyl-THMPT (5-CH 3 - H) umgewandelt.4MPT ), katalysiert durch die F 420 -abhängige Methylen-THMPT-Reduktase . 5-Methyl-THMPT ist der Methyldonator für Coenzym M , eine Umwandlung, die durch die Methyl-THMPT: Coenzym-M-Methyltransferase vermittelt wird . [ 1 ]
Ähnlich wie THF können die C1-Umwandlungen von THMPT zu Acetyl-CoA führen und Glycin in Serin umwandeln . Sie speisen jedoch nicht in den Purinstoffwechsel, die Glycinproduktion oder die Ketoglutaratproduktion ein. [ 2 ]
Die Evidenz für eine Beteiligung von MPT an der Methioninsynthese ist schwach (Stand: 2000). [ 2 ] Weitere genetische Untersuchungen konnten keine Methyl-THMPT-verbrauchende Methioninsynthase identifizieren (obwohl die Split- MetE- Varianten weiterhin Kandidaten sind), sondern fanden stattdessen zahlreiche Enzyme, die ein Corrinoidprotein zum Transport der Methylgruppe verwenden. Bei Methanogenen mit der MesA-Synthase stammt die Methylgruppe wahrscheinlich von der bereits erwähnten Methyl-THMPT:Coenzym-M-Methyltransferase, sodass diese Organismen ihre Methylgruppe letztendlich von Methyl-THMPT beziehen. [ 13 ]
Wie (und ob) MPT mit der Thymidylat- Biosynthese zusammenhängt, ist ebenfalls unklar. Zellfreie Extrakte verschiedener Archaeen können dUMP in dTMP umwandeln, wenn ihnen MPT (oder im Fall von Sulfolobus Sulfopterinfragmente ) und isotopenmarkiertes Formaldehyd zugegeben werden, aber es wurde kein Enzym identifiziert. [ 2 ]
C2
N 5 ,N 10 -(1,1-Ethylen) H4MPT (5,10-Ethylen- H4MPT ) und N 5 -Ethyl- H4MPT wurden in Methanothermobacter marburgensis nachgewiesen , was darauf hindeutet, dass H4MPT kann auch als Zwei-Kohlenstoff-Träger dienen. Unter Standardbedingungen ist H4MPT reagiert spontan mit Acetaldehyd zu Ethylen- H4MPT . M. marburgensis -Lysat enthält ein Enzym, das die Reduktion dieses Produkts zu Ethyl- H katalysiert.4MPT . [ 14 ]
Referenzen
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