Cystathionin β-Lyase

Cystathionin β-lyase ist ein Enzym, das Cystathionase abbaut. Es gibt zwei Arten von β-Cystathionase und γ-Cystathionase. Beide Typen verwenden Pyridoxalphosphat als Coenzym. β-Cystathionase zersetzt cysteinhaltige Schwefelsäure in Homocystein, Ammoniak und Pyruvat, die in Bakterien und Brot-Schimmel vorkommen. Die Zersetzungsprodukte, die durch die Katalyse von γ-Cystathionin entstehen, sind Cystein, Ammoniak und α-Ketobuttersäure, die in der Leber und im Brot-Schimmel vorhanden sind.

Einführungen

Cystathionin β-lyase wurde in Pflanzen und Mikroben gefunden und ist ein pyridoxal-5′-phosphat (PLP)-abhängiges homotetrameres Enzym mit einem Gewicht von etwa 35–40 kDa. Es katalysiert den vorletzten Schritt der Methioninbiosynthese, das heißt, die α, β-Eliminierungsreaktion, bei der Cystathionin in Pyruvat, Ammoniak und Homocystein hydrolysiert wird. Anschließend wird Homocystein methyliert zu Methionin. Die Überexpression des CBL kodierenden metC-Gens in D-Alanin-Gen-Knockout-Modellen mehrerer Bakterien erwies sich als signifikant für ihr Überleben in der Wirtszellumgebung. Darüber hinaus bestimmte CBL auch die Virulenz von Salmonella enterica und spielt somit eine entscheidende Rolle in ihrer Pathogenität.

Struktur

Cystathionin β-Synthase (CBS) ist ein Homotetramer im Zytoplasma, bestehend aus 63 kD-Untereinheiten, und ist ein pyridoxalphosphat (PLP) abhängiges Enzym. Cystathionin β-lyase ist als Dimer von Dimeren aufgebaut, wobei jedes mit einem PLP-Molekül verbunden ist, das über einen Lysinrest an der katalytischen Stelle gebunden ist. Dimere entstehen aus zwei Monomeren, die durch mehrere elektrostatische, Wasserstoffbrücken- und hydrophobe Wechselwirkungen assoziiert sind, während Tetramere durch die Wechselwirkung zwischen der N-terminalen Domäne und der Schlüssel-alpha-Helix stabilisiert werden. Unter der Katalyse von Vitamin B6 kann CBS Serin und Homocystein (Homocystein, Hcy) zur Synthese von Cystathionin herstellen. Als Schlüsselenzym, das den Hcy-Spiegel beeinflusst, spielt CBS eine zentrale Rolle im Weg der Umwandlung von Hcy zu Cystathionin. Dieses Enzym wird zur Detektion von Homocystein im Blut in der Enzymzyklusmethodik verwendet.

Abbildung 1. Struktur der Cystathionin β-Synthase (CBS).

Funktionen

Der Katabolismus von schwefelhaltigen Aminosäuren spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des Käsegeschmacks. Es wird angenommen, dass Cystathionin β-lyase (CBL) während der Reifung zur Bildung von flüchtigen Schwefelverbindungen (VSC) wie Methylmercaptan und Dimethyldisulfid beiträgt. Die Rolle von CBL bei der Produktion von VSC im Katabolismus spezifischer schwefelhaltiger Aminosäuren ist jedoch unklar. Cystathionin β-lyase (CBL) ist ein pyridoxal 5'-phosphat (PLP) abhängiges Enzym, das aus Lactococcus lactis isoliert und kloniert wurde. CBL ist an der Alpha-, Beta-Eliminierung von Cystathionin beteiligt, wobei Homocystein, Pyruvat und Ammoniak entstehen. CBL aus Lactococcus lactis kann auch die Umwandlung von Methionin zu Methylmercaptan katalysieren. Im Vergleich zu Wildstämmen haben die CBL-Überexpressionsvarianten von Lactococcus lactis gezeigt, dass sie mehr VSC mit Methionin als Substrat produzieren, was auf einen möglichen Mechanismus zur Erhöhung der VSC-Produktion in Käse hindeutet. Diese Methode könnte jedoch wertvoller in der Anwendung von Lactobacillus-Stämmen mit metabolischer Aktivität während der Käsefermentation sein. Die Rolle von CBL und den katabolen Wegen, die für die Bildung von VSC aus schwefelhaltigen Aminosäuren/Dernivaten verantwortlich sind, wurde in Lactobacillus nicht gut charakterisiert.

Nebenwirkungen

Cystathionase ist mit dem Auftreten von zerebralem Infarkt assoziiert. Cystathionin β-Synthase ist ein Schlüsselenzym für den Homocysteinmetabolismus, und ihre genetische Mutation ist kein potenzieller genetischer Kandidat für zerebralen Infarkt. Der Zusammenhang zwischen Polymorphismus des Cystathionin-β-Synthase (CBS)-Gens und Typ-2-Diabetes ist eines der Schlüsselenzyme des Cystathionase-Metabolismus.

Bedeutungen

Cystathionin β-lyase katalysiert die Produktion von Homocystein, das der direkte Vorläufer von Methionin ist. Methionin ist eine essentielle Aminosäure für Bakterien und wird für die Proteinsynthese und die Synthese von S-Adenosylmethionin benötigt; daher stehen Aminosäuren in direktem Zusammenhang mit der DNA-Replikation. Aufgrund ihrer Notwendigkeit in der DNA-Replikation ist die Hemmung von Cystathionin β-lyase ein attraktives Ziel für Antibiotika. Darüber hinaus existiert dieses Enzym nicht im menschlichen Körper, was die Möglichkeit schädlicher und nachteiliger Nebenwirkungen verringert. Studien haben die antifungale Aktivität mehrerer Antimykotika mit der Hemmung von Cystathionin β-lyase in Verbindung gebracht. Andere Studien haben jedoch den hemmenden Effekt dieser Enzyme auf das Enzym nicht beobachtet. Um die hemmende Wirkung von Cystein auf β-lyase weiter zu untersuchen, hat dies eine umfassende Bedeutung für das Wachstum von Mikroorganismen und Pilzen.

Referenz