胸苷酸合成酶

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胸苷酸合成酶（TS）是一种重要的酶单碳代谢TS催化甲基和氢化物从5,10-亚甲基四氢叶酸转移到2-脱氧尿苷-5'-单磷酸盐，从而形成5'-单磷酸胸苷和二氢叶酸。这是人类中dTMP（胸腺嘧啶的前体）的唯一从头来源。^[1]

2-脱氧尿苷-5'-单磷酸（dUMP）+5,10-亚甲基四氢叶酸（CH₂H（H）₄F） ⇌5'-磷酸胸苷（dTMP）+二氢叶酸（H₂F）

上图描述了TS催化的整个反应。盒子中的分子部分突出了底物和产物之间的差异。

功能

胸苷酸合成酶使用5,10-亚甲基四氢叶酸作为辅因子催化dUMP甲基化为dTMP。TS对DNA复制和修复至关重要^[2]在原生动物中，二氢叶酸还原酶（DHFR）和TS表示为双功能单体酶(DHFR-TS）DHFR实体位于N终端。DHFR和TS催化dTMP生物合成中的连续反应。有两种不同类型的TS–蒂亚和ThyX公司这些类型的活动和结构不同。TS-TyX是黄素依赖酶。

关联

DNA的一个碱基，胞嘧啶，会自发脱氨基形成尿嘧啶，从而改变编码信息。与RNA不同，DNA不含尿嘧啶，而是含有甲基化的胸腺嘧啶，避免了错义突变。这个DNA修复蛋白尿嘧啶DNA糖苷酶将尿嘧啶识别为受损DNA，将其移除并重新建立原始信息^[3]因为胸腺嘧啶含有一个额外的甲基，所以它与尿嘧啶是可以区分的，并且不能通过DNA修复去除。胸苷酸合成酶有助于将丰富的尿苷（含核苷酸尿嘧啶）转化为脱氧胸苷（含核酸胸腺嘧啶），为细胞分裂前的DNA合成做准备。因此，与RNA相比，胸苷酸合成酶在使DNA成为更可靠的遗传信息长期存储中发挥了作用。

叶酸结合部位的TS抑制作用用于抗癌治疗药物。DHFR-TS抑制剂是治疗寄生虫转染疾病的潜在药物靶点。TS表现出类肿瘤活性。^[4]

机制

TS的机制可能通过两条潜在的途径发挥作用，但尚不清楚该机制遵循哪条途径。在这两条途径中，底物与酶形成共价三元络合物。这种络合物有助于甲基从CH转移₂H（H）₄F到dUMP，然后从叶酸基片到dMP基片进行氢化物转移。在A途径中（以红色突出显示），中间复合物仍然与酶共价结合。B途径（以蓝色突出显示）涉及中间体与活性位点半胱氨酸的去耦。

所有型号

带dUMP的胸苷酸合成酶复合物（PDB条目1tsv型)

用鼠标拖动结构进行旋转

结构和配体结合

TS形成由两个结构域组成的同型二聚体（重新加载). 他们的每个都能结合底物dUMP吗^[5]下图显示了蛋白质和底物之间的一些离子和氢键相互作用，其中大部分也显示在3D场景中。您可以在关闭旋转后测量距离和角度（有关详细说明，请参见查看指南，[1]).

Maley等人表明，大肠杆菌TS在催化其反应时使用半边机理^[6]两个活性位点中的一个催化反应，而另一个保持不活跃。这两个域相互通信以协调这一点的方式仍然未知。

在上述机械假说中，为了区分路径A（半胱氨酸在甲基和氢化物转移过程中保持共价结合）和路径B（半胱胱氨酸对C6的两次亲核攻击），科洛达尔等人将酶与.^[1]

天然中间体含有羰基氧（黄色圆圈），而共晶中间体含有胺()而不是在那个位置。在晶体结构测定中，一个活性位点与双底物类似物结合（如图所示），而另一个活性部位与产物结合。这与上面提到的半侧机构相匹配。

活性位点半胱氨酸最初以共价方式与dUMP环的碳6结合。如图所示，中间构象的类似物中所示，它在此处不以共价形式结合。活动部位在结构中无序，显示一种构象显示活性位点半胱氨酸与dMP环的C6碳相距4.21埃，而另一种构象与dMP环的C6碳相距3.84埃。

抑制

甲氨蝶呤是一种竞争性抑制剂，与叶酸底物竞争抑制TS的转化₂H（H）₄F到H₂F.这种抑制阻止产物转化为反应物，阻止细胞繁殖。

下图显示叶酸位于顶部，甲氨蝶呤抑制剂位于底部。比较基板CH₂H（H）₄F到H₂F、甲氨蝶呤有一个额外的氨基，环中缺少四个氢（即有更多的双键），并且在不同的位置被N-甲基化。

由于其在细胞分裂中的作用，胸苷酸合成酶已成为抗癌药物的热门靶点。药物5-氟尿嘧啶（5-FU）对胸苷酸合成酶的间接抑制是研究TS功能最常用的抑制剂之一。这种药物间接抑制TS，因为它最终转化为FdUMP，与活性位点半胱氨酸和CH形成共价复合物₂H（H）₄F.抑制TS可阻止dTMP的生成，并间接阻止2'-脱氧胸腺嘧啶-5'-三磷酸（dTTP）的生成。dTMP和dTTP都是DNA合成的基本构件，它们的缺失会阻碍细胞复制其遗传信息的能力。这对快速分裂并需要大量dTMP和dTTP的癌细胞尤其有效。^[7]