APRT

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Einführungen

APRT ist ein Purin-remediationsenzym, das 5'-Adenosin aus Adenin zurückgewinnt. Bei APRT-Mangel wird Adenin durch Xanthin-Dehydrogenase (auch bekannt als Xanthin-Oxidase) in DHA umgewandelt, das von den Nieren ausgeschieden wird, aber weitgehend unlöslich im Urin ist und in den Nierentubuli abgelagert wird, was zu obstruktiver Nephropathie und kristalloider Nephropathie führt.

Struktur

APRT ist ein Homodimer mit 179 Aminosäureresten pro Monomer. Die Reste A131, L159, V25 und R27 sind wichtig für die Purinspezifität im menschlichen APRT. Der katalytische Bereich von APRT mit den Reaktanten Adenin und PRPP wurde aufgeklärt. Der "Hood" wird als wichtig für die Purinspezifität angesehen, während die flexible Schleife als Ort gedacht wird, der die Moleküle innerhalb des aktiven Zentrums hält. Der Kern ist in vielen APRT hochkonserviert. Der "Hood", der die Adenin-Bindungsstelle enthält, weist mehr Variabilität in der Enzymfamilie auf. Das A13-Rest-Motiv enthält den PRPP-Bindungsbereich und umfasst zwei benachbarte saure Reste und mindestens einen umgebenden hydrophoben Rest.

Abbildung 1. Struktur von APRT.

Funktion

APRT katalysiert Mg²⁺-abhängige Reaktionen, die Purinbasen in die entsprechenden Nukleotide umwandeln. Sie kommen in einer Vielzahl von Organismen vor, einschließlich Pflanzen, Säugetieren und parasitären Protozoen. APRT transportiert das durch oxidative Phosphorylierung in der mitochondrialen Matrix produzierte ATP über die innere Membran zu den Mitochondrien und transportiert dann das ADF von den Mitochondrien zu den Mitochondrien. Daher koppelt APRT nicht nur den Energieproduktionsprozess der Mitochondrien an den Energieverbrauchsprozess der Zellen, sondern beeinflusst auch die Energieproduktion der Gewebezellen, was wiederum die Funktion der Gewebezellen beeinflusst.

Mechanismus

APRT verläuft durch einen doppelt geordneten sequenziellen Mechanismus, der die Bildung eines ternären Komplexes umfasst. Das Enzym bindet zuerst an PRPP und dann an Adenin. Nach dem Phosphoribosyltransfer verlässt zuerst Pyrophosphat, gefolgt von AMP. Kinetische Studien haben gezeigt, dass der Phosphoribosyltransfer relativ schnell ist, während die Produktfreisetzung (insbesondere von AMP) geschwindigkeitsbestimmend ist. Im menschlichen APRT wird das N9-Proton von Adenin durch Glu104 extrahiert, um den Sauerstoff-Kohlenstoff-Übergangszustand zu bilden. Dies wirkt als nucleophiles Reagenz, das das Heterokapsid-Kohlenstoff von PRPP angreift, AMP bildet und Pyrophosphat von PRPP verdrängt. Der Mechanismus von APRT stimmt im Allgemeinen mit dem anderer APRT überein, die die Fähigkeit behalten, α-1-Pyrophosphat von PRPP unter Verwendung eines stickstoffhaltigen nucleophilen Reagenz in SN1- oder SN2-Angriff zu verdrängen.

Krankheiten

APRT-Mangel (APRTD) ist eine seltene autosomal-rezessive Stoffwechselerkrankung, die auf eine Mutation des APRT-Gens zurückzuführen ist. APRT ist ein Enzym des Purinstoffwechsels, das die Bildung von 5'-Adenosinmonophosphat (5'-AMP) und Pyrophosphat (PP) aus Adenin und 5-Phosphoribosyl-1-Pyrophosphat katalysiert. Bei Patienten mit vollständigem APRT-Mangel wird Adenin von der Xanthin-Oxidase (XO) zu dem hochunlöslichen und nephrotoxischen Derivat 2,8-Dihydroxyadenin (2,8-DHA) oxidiert, was zu Urolithiasis und Nierenversagen durch intratubuläre kristalline Ausfällung führt. Das APRT-Gen, das sich auf Chromosom 16q24 befindet, ist etwa 2,6 kb lang, enthält fünf Exons und vier Introns und kodiert ein Protein mit 180 Aminosäureresten. Das menschliche Enzym, das in einer Vielzahl von Zelltypen, einschließlich Erythrozyten, vorhanden ist, ist ein Homodimer, das aus zwei identischen Untereinheiten mit einem Molekulargewicht von etwa 19.481 Da besteht. Derzeit gibt es zwei Isoformen, die durch alternatives Spleißen produziert werden: die Isoform 1 (P07741-1) und die Isoform 2 (P07741-2); die Isoform 1 wird als die 'kanonische' angesehen.