เอนไซม์ชาลโคนซินเทส (นาริงเจนินชาลโคนซินเทส)
โครงสร้างของ CHS จากMedicago sativa
ตัวระบุ
หมายเลข EC	2.3.1.74
หมายเลข CAS	56803-04-4
ฐานข้อมูล
อินท์เอ็นซ์	มุมมองของ IntEnz
เบรนด้า	เบรนด้าเข้าร่วม
เอ็กซ์แพซี่	มุมมองของ NiceZyme
เคกก์	รายการ KEGG
เมตาไซค์	วิถีการเผาผลาญ
ไพรแอม	ประวัติโดยย่อ
โครงสร้างPDB	RCSB PDB PDBe PDBsum
ออนโทโลยีของยีน	อามิโก้ / ควิกโก้
ค้นหา พีเอ็มซี บทความ พับเมด บทความ เอ็นซีบีไอ โปรตีน

เอนไซม์ชาลโคนซินเทสหรือนาริงเจนิน-ชาลโคนซินเทส ( CHS ) เป็นเอนไซม์ที่พบได้ทั่วไปในพืชชั้นสูงและอยู่ในกลุ่มเอนไซม์โพลีคีไทด์ซินเทส (PKS) หรือที่รู้จักกันในชื่อ PKS ประเภท III PKS ประเภท III เกี่ยวข้องกับการผลิตชาลโคน ซึ่งเป็น สารประกอบอินทรีย์ชนิดหนึ่งที่พบได้ในพืชเป็นส่วนใหญ่ ทั้งในฐานะกลไกการป้องกันตามธรรมชาติและสารตัวกลางในการสังเคราะห์ CHS เป็น PKS ประเภท III ตัวแรกที่ถูกค้นพบ^{[ 1 ]}เป็นเอนไซม์ตัวแรกที่มีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์ฟลาโวนอยด์^{[ 2 ]} เอนไซม์นี้เร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยน4-คูมารอยล์-CoAและมาโลนิล-CoAไปเป็นนาริงเจนินชาลโคน

การเร่งปฏิกิริยาของ CHS ทำหน้าที่เป็นขั้นตอนเริ่มต้นสำหรับการสังเคราะห์ฟลาโวนอยด์ ฟลาโวนอยด์เป็นสารเมตาบอไลต์ทุติยภูมิ ที่สำคัญของพืช ซึ่งทำหน้าที่ต่างๆ ในพืชชั้นสูง ได้แก่ การสร้างเม็ดสี การป้องกันรังสียูวี ความอุดมสมบูรณ์ การป้องกันเชื้อรา และการดึงดูดแบคทีเรียตรึงไนโตรเจน^{[ 3 ]}เชื่อกันว่า CHS ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางสำหรับเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องในเส้นทางการสังเคราะห์ฟลาโวนอยด์^{[ 4 ]}การศึกษาแสดงให้เห็นว่าเอนไซม์เหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กันผ่าน ปฏิสัมพันธ์ ระหว่างโปรตีนกับโปรตีน^{[ 5 ]}จากการใช้FLIM FRET พบว่า CHS มีปฏิสัมพันธ์กับchalcone isomerase (CHI) ซึ่งเป็นเอนไซม์ขั้นตอนต่อเนื่อง รวมถึงเอนไซม์ขั้นตอนที่ไม่ต่อเนื่องอื่นๆ เช่น flavanone 3-hydroxylase (F3H), dihydroflavonol 4-reductase (DFR) และ flavonol synthase I ^{[ 4 ]}

เอนไซม์นาริงเจนิน-ชาลโคนซินเทสใช้มาโลนิล-CoAและ4-คูมารอยล์-CoAในการผลิตCoA ,นาริงเจนินชาลโคนและ_CO2

4-คูมารอยล์-CoA และมาโลนิล-CoA สามหน่วย จะถูกแปลงเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ สามโมเลกุล โคเอนไซม์เอสี่ โมเลกุล และ นาริงเจนินชาลโคนหนึ่ง หน่วย

CHS มีอยู่เป็นโปรตีนโฮโมไดเมอร์ โดยแต่ละโมโนเมอร์มีขนาดประมาณ 42-45 kDa ^{[ 6 ]}แต่ละโมโนเมอร์มี กิจกรรม β-keto synthase (KS) ที่เร่งปฏิกิริยาการรวมหน่วย อะซิเตตสองคาร์บอนจากหัวถึงหางตามลำดับเข้าสู่สายโพลีคีไทด์ที่กำลังเติบโต CHS ประกอบด้วยแกน αβαβα ห้าชั้น ตำแหน่งของไซต์ที่ใช้งานและ ส่วนต่อประสาน การสร้างไดเมอร์ที่คล้ายคลึงกันมากกับ เอนไซม์ที่มีโครงสร้าง ไทโอเลส ส่วนต่อประสานการสร้างไดเมอร์ประกอบด้วยสารตกค้างทั้งแบบไฮโดรโฟบิกและไฮโดรฟิลิก และโดยทั่วไปจะแบนราบ ยกเว้นเกลียว N-terminalคู่หนึ่งที่พันกันอยู่ด้านบน แม้ว่าเกลียวเหล่านี้จะไม่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา แต่ก็อาจมีสัญญาณระบุตำแหน่งภายในเซลล์เช่นเดียวกับในไทโอเลสของยีสต์ นอกจากนี้ พวกมันอาจ undergoes การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเพื่อเข้าร่วมในการก่อตัวของสารเชิงซ้อนโปรตีนชั่วคราวกับเอนไซม์อื่นๆ ในเส้นทางต่างๆ ที่แยกออกไปจากเส้นทางการสังเคราะห์ ฟีนิลโพรพา โนอิดทั่วไป

เอนไซม์นี้อยู่ในไซโตซอลโดยเชื่อมโยงกับเยื่อหุ้มเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม^{[ 7 ]}ในการศึกษาอื่น พบว่า CHS และ CHI อยู่ร่วมกันในนิวเคลียสเช่นกัน^{[ 8 ]}

บริเวณขอบด้านล่างของแกน αβαβα ของแต่ละโมโนเมอร์จะมีช่องว่างออกฤทธิ์แบบสองแฉกที่แตกต่างกันสอง ช่อง ลูปหกเรซิเดิวที่เหมือนกันซึ่งมาบรรจบกันที่ส่วนเชื่อมต่อ ของไดเมอร์จะแยกช่องว่างออกฤทธิ์ทั้งสองออกจากกัน ลูปเหล่านี้เริ่มต้นด้วย Thr132 ในช่องว่างออกฤทธิ์และสิ้นสุดด้วยพันธะเปปไทด์แบบซิสกับ Pro138 เรซิเดิว Met137 จะอุดรูในช่องว่างออกฤทธิ์ของโมโนเมอร์อีกตัวหนึ่ง ดังนั้น ช่องว่างออกฤทธิ์จึงถูกฝังอยู่ ยกเว้นอุโมงค์จับ CoA ขนาด 16 Å ที่เชื่อมต่อพื้นผิวเร่งปฏิกิริยากับสภาพแวดล้อมภายนอกโดยรอบความกว้างของอุโมงค์แคบเกินไปสำหรับ สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ อะโรมาติกที่ต้องผ่านเข้าไป ซึ่งหมายความว่าต้องมีการเคลื่อนที่แบบไดนามิกภายในและรอบๆ อุโมงค์เมื่ออยู่ในสารละลาย

บริเวณเร่งปฏิกิริยาประกอบด้วยหมู่เร่งปฏิกิริยา ที่คงสภาพอยู่ ได้แก่ Cys164, His303 และ Asn336 กรดอะมิโนเหล่านี้ช่วยในปฏิกิริยาการกำจัดหมู่คาร์บอกซิลและการควบแน่นหลายอย่าง โดย Cys164 ทำหน้าที่เป็นนิวคลีโอ ไฟล์ในบริเวณเร่งปฏิกิริยา Phe215 และ Phe265 เป็น กรดอะมิโนสำคัญอีกสองตัวที่ทำหน้าที่เป็น "ผู้เฝ้าประตู" เพื่อปิดกั้นส่วนล่างของโปรตีนตรงช่องเปิดระหว่างอุโมงค์ที่จับกับ CoA และโพรงบริเวณเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจำกัดการเข้าถึงของน้ำไปยังบริเวณเร่งปฏิกิริยาในขณะที่รองรับสารตั้งต้นและสารตัวกลางที่มีรูปร่างและขนาดแตกต่างกัน นอกจากนี้ Phe215 ยังช่วยจัดวางตำแหน่งของสารตั้งต้นที่บริเวณเร่งปฏิกิริยาในระหว่างการยืดตัวของ สาร ตัวกลาง โพลีคีไท ด์

ขั้นตอนแรกเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนหมู่คูมารอยล์จากโมเลกุลเริ่มต้น 4-คูมารอยล์-CoA ไปยัง Cys164 ^{[ 9 ]}ต่อมา ปฏิกิริยาการควบแน่นของหน่วยอะซิเตตสามหน่วยจากมาโลนิล-CoA เกิดขึ้นเป็นชุด โดยแต่ละปฏิกิริยาดำเนินไปผ่านคาร์บานไอออนอะซิทิล-CoA ที่ได้มาจากการดีคาร์บอก ซิเลชันของมาโลนิล-CoA ซึ่งจะขยายตัวกลางโพลีคีไทด์ หลังจากสร้างเตตระคีไทด์ที่เชื่อมด้วยไทโอเอสเทอร์แล้ว จะ เกิด การควบแน่นแบบ Claisen ที่เฉพาะเจาะจงตำแหน่ง C1, C6 ทำให้เกิดระบบวงแหวนใหม่เพื่อสร้างนาริงเจนินชาลโคน

CHS ถูกยับยั้งแบบไม่แข่งขันโดยผลิตภัณฑ์จากเส้นทางฟลาโวนอยด์ เช่นนาริงเจนินและชาลโคนนาริงเจนิน^{[ 10 ]}แม้จะไม่มีหลักฐานโดยตรงในร่างกายแต่เชื่อกันว่าฟลาโวนอยด์จะสะสมในไซโตซอลในระดับที่ขัดขวางการทำงานของ CHS เพื่อหลีกเลี่ยงระดับที่เป็นพิษในพืช^{[ 11 ]}

CHS ถูกแสดงออกอย่างต่อเนื่องในพืช แต่ยังสามารถถูกกระตุ้นให้แสดงออกผ่านแสง/แสงยูวี รวมถึงการตอบสนองต่อเชื้อโรค สารกระตุ้น และการบาดเจ็บ โปรโมเตอร์ ของ CHSมีโมทีฟ G-box ที่มีลำดับ CACGTG ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีบทบาทในการตอบสนองต่อแสง^{[ 12 ]}โดเมนที่ไวต่อแสงอื่นๆ ได้แก่ Box I, Box II, Box III, Box IV หรือ H-box สามชุด (CCTACC) ^{[ 9 ]}

ยีนชาลโคนซินเทสของ พืช เพทูเนียมีชื่อเสียงในฐานะยีนแรกที่พบ ปรากฏการณ์ การรบกวนของ RNA นักวิจัยที่ตั้งใจจะเพิ่มการผลิตเม็ดสีในดอกไม้สีชมพูอ่อนหรือสีม่วงได้นำ ทรานส์ยีนสำหรับชาลโคนซินเทสเข้ามา โดยคาดหวังว่าทั้งยีนดั้งเดิมและทรานส์ยีนจะแสดงออกเอนไซม์และส่งผลให้ดอกไม้มีสีเข้มขึ้นแต่พืชทรานส์ยีนกลับมีดอกสีขาวด่าง ซึ่งบ่งชี้ว่าการนำทรานส์ยีนเข้ามาได้ลดระดับหรือปิดการแสดงออกของชาลโคนซินเทส^{[ 13 ]}การตรวจสอบปรากฏการณ์เพิ่มเติมบ่งชี้ว่าการลดระดับเกิดจากการยับยั้งการแสดงออกของยีน ชาลโคนซินเทสหลังการถอดรหัส ผ่านอัตราการย่อยสลาย ของ เมสเซนเจอร์ RNA ที่เพิ่มขึ้น ^{[ 14 ]}

CHS ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญในเส้นทางฟลาโวนอยด์ ช่วยอำนวยความสะดวกในการผลิตฟลาโวนอยด์ ไฟโตอะเล็กซินชนิดไอโซฟลาโวนอยด์และเมตาบอไลต์อื่นๆ เพื่อปกป้องพืชจากความเครียด การแสดงออกของ CHS ยังเกี่ยวข้องกับเส้นทางการป้องกันกรดซาลิไซลิกด้วย ฟลาโวนอยด์ซึ่งเป็นสารประกอบอะโรมาติก ดูดซับแสง UV ได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านกลไกที่เกี่ยวข้องกับตัวรับแสง ซึ่งช่วยปกป้องพืชจาก ความเสียหาย ของ DNA ได้อย่างมีประสิทธิภาพ CHS เกี่ยวข้องกับเส้นทางฟีนิลโพรพาโนอิดที่กว้างขึ้นและทั่วไปมากขึ้น ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นของเมตาบอไลต์ของพืชหลายชนิดที่สำคัญต่อสุขภาพของมนุษย์ เช่น สารต้านอนุมูลอิสระ สารต้านการอักเสบ สารต้านภูมิแพ้ และแม้แต่ผลิตภัณฑ์ต้านมะเร็ง^{[ 15 ]}

CHS จัดอยู่ในกลุ่มเอนไซม์ประเภท III PKS เนื่องจากเป็นเอนไซม์ชนิดแรกที่ถูกค้นพบ สมาชิกอื่นๆ ในกลุ่มนี้จึงมักถูกเรียกว่า "CHS-like" เอนไซม์ CHS-like ที่แตกต่างกันส่วนใหญ่หรือทั้งหมดที่ได้รับการระบุลักษณะนั้น เกิดจากการเพิ่มจำนวนและการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมของ ยีน chs อย่างกว้างขวาง การเพิ่มจำนวนทำให้ CHS มีกิจกรรมที่ซ้ำซ้อน ทำให้ ยีน chsสามารถกลายพันธุ์ได้โดยไม่เป็นอันตรายต่อการสังเคราะห์ฟลาโวนอยด์ เอนไซม์ที่แตกต่างกันเหล่านี้แตกต่างจาก CHS ในด้านความชอบโมเลกุลเริ่มต้น จำนวนการเติมอะเซทิล (มักผ่านทาง malonyl-CoA) และแม้แต่กลไกการสร้างวงแหวนที่ใช้ในการทำให้โพลีคีไทด์ตัวกลางที่เหมือนกันกลายเป็นวงแหวน

หน้าที่ของเอนไซม์ CHS และเอนไซม์ที่คล้าย CHS ทำงานคล้ายคลึงกับการสังเคราะห์กรดไขมันมาก แต่ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับโปรตีนตัวพาอะซิล (ACP) ^{[ 16 ]}หลักฐานเชิงโครงสร้างชี้ให้เห็นว่าเอนไซม์เหล่านี้เกิดขึ้นจากการเพิ่มหน้าที่ของคีโตอะซิลซินเทส (KAS) III ซึ่งเป็นเอนไซม์ในระยะเริ่มต้นของการสังเคราะห์กรดไขมัน ประเภท II

แม้ว่าชาลโคนซินเทสของพืชชั้นสูงจะได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางแล้ว แต่ข้อมูลเกี่ยวกับเอนไซม์จากไบรโอไฟต์ (พืชดั้งเดิม) ยังมีน้อยมาก การโคลน CHS จากมอสPhyscomitrella patensเผยให้เห็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญจากชาลโคนซินเทสที่มีอยู่ในจุลินทรีย์ไปสู่ชาลโคนซินเทสที่มีอยู่ในพืชชั้นสูง^{[ 17 ]}

• เบรนด้าเข้าร่วม