PAL

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Phenylalanin-Ammoniak-Lyase (PAL) ist ein Enzym, das die direkte Entfernung von Ammoniak aus L-Phenylalanin katalysiert, um trans-Zimtsäure zu produzieren. Es kommt in Gerste vor. Existiert im löslichen Teil höherer Pflanzen, Hefen und Pilzen. Das geschätzte Molekulargewicht beträgt 300.000. Dies ist ein Enzym, das Phenylalanin für die Synthese von phenolischen Verbindungen nutzen kann. In vielen Fällen wird die Reaktion zu einem schrittweisen Geschwindigkeitsstadium in der Synthese von phenolischen Verbindungen. Die Aktivität in Geweben kann sich erheblich mit externen Faktoren ändern, und die Behandlung mit Licht, Krankheiten und Pflanzenhormonen erhöht die Aktivität erheblich. Darüber hinaus wird es manchmal von lichtempfindlichen Pigmenten dominiert. In den meisten Fällen tritt die Inaktivierung des Enzyms auf, während die Aktivität im Gewebe zunimmt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Menge des aktiven Enzyms im Gewebe bald abnehmen. Es wird angenommen, dass diese Inaktivierung mit der Wirkung proteinähnlicher Substanzen zusammenhängt. Darüber hinaus wurde auch auf das Vorhandensein inaktiver Enzyme hingewiesen.

Abbildung 1. Proteinstruktur von PAL.

Struktur

Phenylalanin-Ammoniak-Lyase besteht aus vier identischen Untereinheiten, die hauptsächlich aus α-Helices bestehen, und Paare von Monomeren bilden eine einzige aktive Stelle. Der katalytische Effekt in PAL könnte durch die Dipolmomente von sieben verschiedenen Alpha-Helices, die mit der aktiven Stelle assoziiert sind, bestimmt werden. Die aktive Stelle enthält die elektrophile Gruppe MIO, die nicht-kovalent an drei Helices gebunden ist. Leu266, Asn270, Val269, Leu215, Lys486 und Ile472 befinden sich an der aktiven Stelle der Helix, während Phe413, Glu496 und Gln500 zur Stabilität der MIO-Kofaktoren beitragen. Die Richtung des Dipolmoments, das von der Helix in der aktiven Stelle erzeugt wird, schafft einen positiv geladenen Bereich, um ideal mit MIO zu reagieren. Ein Teil des positiven Bereichs der aktiven Stelle kann auch helfen, die Ladung des Carbanion-Intermediats zu stabilisieren. PAL ist strukturell ähnlich der mechanisch verwandten Histidin-Ammoniak-Lyase, obwohl PAL auch ungefähr 215 Reste hat.

Funktionen

Phenylalanin-Ammoniak-Lyase kann in verschiedenen Arten unterschiedliche Funktionen ausführen. Hauptsächlich in bestimmten Pflanzen und Pilzen (d.h. Hefe) zu finden. In Pilz- und Hefezellen spielt PAL eine wichtige katabolische Rolle, indem es Kohlenstoff und Stickstoff produziert. In Pflanzen ist PAL ein wichtiges biosynthetisches Enzym, das den ersten Schritt in der Synthese einer Vielzahl von polyphenolischen Verbindungen katalysiert und hauptsächlich an Abwehrmechanismen beteiligt ist. PAL ist an 5 Stoffwechselwegen beteiligt: Tyrosinstoffwechsel, Phenylalaninstoffwechsel, Stickstoffstoffwechsel, Phenylpropanbiosynthese und Alkaloidbiosynthese.

Mechanismus

Phenylalanin-Ammoniak-Lyase ist spezifisch für L-Phe und in geringerem Maße spezifisch für L-Tyrosin. Die von PAL katalysierte Reaktion ist eine spontane Eliminierungsreaktion, keine oxidative Deaminierungsreaktion.

L-Phenylalanin→trans-Zimtsäure + NH₃

Der Kofaktor 3,5-Dihydro-5-methyldien-4H-Imidazol-4-on (MIO) ist an der Reaktion beteiligt und befindet sich über dem positiven Pol der drei polaren Helices in der aktiven Stelle, was hilft, seine Elektrophilie zu erhöhen. MIO wird von dem aromatischen Ring von L-Phe angegriffen, was die C-H-Bindung am β-Kohlenstoff aktiviert und basische Reste deprotoniert. Die E1cB eliminiert das Carbanion-Intermediat der Reaktion (stabilisiert durch den partiellen positiven Bereich der aktiven Stelle) und entlädt dann Ammoniak, um Zimtsäureolefine zu bilden. Es wird angenommen, dass der Reaktionsmechanismus von PAL dem des verwandten Enzyms Histidin-Ammoniak-Lyase ähnlich ist. Lange Zeit wurden Dehydroalaninreste als die entscheidenden elektrophilen katalytischen Reste in PAL und HAL angesehen, aber die aktiven Reste wurden später entdeckt. Es ist MIO, das elektrophiler ist. Es entsteht durch die Cyclisierung und Dehydratisierung des konservativen Ala-Ser-Gly-Tripeptidfragments.