Carbamoyl phosphate synthetase III
કાર્બામોલ ફોસ્ફેટ સિન્થેટેઝ III (સી. પી. એસ. III) એ કાર્બામોલ ફોસ્ફેટ સિન્થેટેઝના ત્રણ આઇસોફોર્મ્સમાંથી એક છે, જે એન્ઝાઇમ છે જે ઘણા સજીવોમાં કાર્બામોલ ફોસ્ફેટના સક્રિય ઉત્પાદનને ઉત્પ્રેરિત કરે છે. સી. પી. એસ. III (ઇ. સી. 6.3.5.5.) એક લિગેઝ છે (3.) જે કાર્બન-નાઇટ્રોજન બંધ બનાવે છે (6.3.) ગ્લુટામાઇન સાથે એમીડો-એન-ડોનર તરીકે (6.3.5.) (જુઓ બ્રેન્ડા). સંદર્ભ મોટાભાગની માછલીઓની પ્રજાતિઓ સહિત ઘણા જળચર સજીવો એમોનિયોટેલિક છે, જેનો અર્થ છે કે તેઓ મેટાબોલિક કચરો તરીકે એમોનિયા ઉત્પન્ન કરે છે, જે તેઓ સામાન્ય રીતે તેમના ગિલ્સ દ્વારા પ્રસરણ દ્વારા વિસર્જન કરે છે. પાર્થિવ કરોડઅસ્થિધારી પ્રાણીઓની જેમ, કેટલીક માછલીઓની પ્રજાતિઓમાં પણ ચયાપચયના કચરા તરીકે યુરિયાનો નોંધપાત્ર રીતે સમાવેશ થાય છે. આ ઘટના લાર્વાના તબક્કાઓ સાથે સંબંધિત છે કારણ કે તેમાં એમોનિયાને બહાર કાઢવા માટે ગિલ્સ નથી, પરંતુ કેટલીક પ્રજાતિઓમાં પુખ્ત તબક્કા પણ છે. યુરિયા દ્વારા રજૂ થતા ચયાપચયના કચરાના પ્રમાણના આધારે, આ પ્રજાતિઓ આંશિક અથવા સંપૂર્ણ યુરોટેલિક છે. યુરોટેલિક પ્રજાતિઓ ઓર્નિથિન-યુરિયા ચક્ર (ઓયુસી) દ્વારા યુરિયાનું ઉત્પાદન કરે છે જેમાં સી. પી. એસ. મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. કાર્બામોલ ફોસ્ફેટ સિન્થેટેઝ I નો ઉપયોગ મોટે ભાગે પાર્થિવ કરોડઅસ્થિધારી પ્રાણીઓ દ્વારા થાય છે, અને એવું લાગે છે કે કેટલીક જળચર પ્રજાતિઓ યુરિયા ઉત્પાદન સાથે વ્યવહાર કરવા માટે સી. પી. એસ. III પર આધાર રાખે છે. ચોક્કસ વાતાવરણમાં રહેતી પ્રજાતિઓ માટે એમોનિયાને બદલે યુરિયાના વિસર્જનમાં ઘણા સંભવિત ફાયદા છે. ઉદાહરણ તરીકે, તે આલ્કલાઇન પાણીમાં એમોનિયા કરતાં વધુ સારી પ્રસરણ ક્ષમતાને મંજૂરી આપે છે, અને તે પાણીની ખોટ ઘટાડે છે, જે લંગફિશ પ્રજાતિઓ જેવી પાણીની બહાર લાંબા સમય સુધી અનુભવતી પ્રજાતિઓ માટે નિર્ણાયક હોઈ શકે છે. સી. પી. એસ. IIIનું વર્ણન એલ્કોલેપિયા જાતિના સિક્લિડ્સ, લંગફિશ, ગલ્ફ ટોડફિશ ઓપ્સનસ બીટા, રેઈન્બો ટ્રાઉટ ઓન્કોર્હિન્કસ માઇકિસ, એટલાન્ટિક હેલિબુટ હિપ્પોગ્લોસસ હિપ્પોગ્લોસસ, લાર્જમાઉથ બાસ માઇક્રોપ્ટેરસ સેલ્મોઇડ્સ, સામાન્ય કાર્પ સાયપ્રિનસ કાર્પિયો અને ઉદાહરણ તરીકે સ્પાઈની ડોગફિશ સ્ક્વેલસ એકેન્થિયા જેવા એલાસ્મોબ્રાન્ચમાં કરવામાં આવ્યું છે. આમ આ ઉત્સેચક માછલીઓમાં વહેંચાયેલું હોય તેવું લાગે છે જે મૂત્રમાર્ગની જુદી જુદી માત્રા દર્શાવે છે. પ્રતિક્રિયા માર્ગ ઓર્નિથિન-યુરિયા ચક્ર સી. પી. એસ. III ઓર્નિથિન-યુરિયા ચક્ર (ઓ. યુ. સી.) માં અગ્રદૂત છે. આ માર્ગ એવા સજીવોમાં જોવા મળે છે જે એમોનિયાને કેટાબોલિક કચરો તરીકે સીધો ઉત્સર્જિત કરતા નથી. ઓયુસીનું મુખ્ય કાર્ય યુરિયામાં અત્યંત ઝેરી નાઇટ્રોજન કચરો (એન. એચ. 3) ને રૂપાંતરિત કરવાનું છે, જે ઓછી ઝેરી અસર દર્શાવે છે. આ ચક્રમાં પાંચ બાયોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે, જેમાંથી પ્રથમ બે મિટોકોન્ડ્રીયલ મેટ્રિક્સમાં અને અન્ય ત્રણ સાયટોસોલમાં થાય છે. માછલીઓમાં, યુરિયા ચક્ર માત્ર થોડા ટેલિયોસ્ટ્સમાં જોવા મળે છે, મોટે ભાગે હવા સંવર્ધકો અથવા આલ્કલાઇન પાણી જેવા ખૂબ જ ચોક્કસ વાતાવરણમાં રહેતી પ્રજાતિઓ અને એલાસ્મોબ્રાન્ચમાં જોવા મળે છે. સી. પી. એસ. III કેટલાક ઈલાસ્મોબ્રાન્ચના મિટોકોન્ડ્રિયામાં અને કેટલાક ટેલિયોસ્ટ્સ યકૃત અને/અથવા એક્સ્ટ્રાહેપેટિક પેશીઓમાં જોવા મળે છે. તે ઓયુસી ચક્રની પ્રથમ પ્રતિક્રિયામાં દખલ કરે છે, જે નિર્ણાયક છે કારણ કે તે બાકીના ચક્રને મર્યાદિત કરે છે. આમ સી. પી. એસ. III કોષમાં એમોનિયાના પ્રમાણને નિયંત્રિત કરવામાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે, એમિનો એસિડ સંશ્લેષણ જાળવવા માટે લઘુત્તમ સાંદ્રતા જાળવી રાખીને વિસર્જન માટે યુરિયામાં તેનું રૂપાંતર શરૂ કરીને. કાર્બામોલ ફોસ્ફેટ સંશ્લેષણ સી. પી. એસ. III દ્વારા ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયા છેઃ 2 ATP + L-ગ્લુટામાઇન + HCO3-+ H20 → 2 ADP + Pi + L-ગ્લુટામેટ + કાર્બામોલ ફોસ્ફેટ આ પ્રતિક્રિયા મિટોકોન્ડ્રીયલ મેટ્રિક્સમાં થાય છે અને તેમાં 4 તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છેઃ બાયકાર્બોનેટ (HCO3−) એ ATP નો ઉપયોગ કરીને ફોસ્ફોરિલેટેડ થાય છે, કાર્બોક્સીફોસ્ફેટ (CHO6P2-) ગ્લુટામાઇન (C5H10N2O3) ઉત્પન્ન કરે છે, જે ગ્લુટામેટ (C5H9NO4) અને એમોનિયા (NH3) માં હાઇડ્રોલાઇઝ થાય છે. 1. અને 2. એક સાથે થાય છે. કાર્બોક્સીફોસ્ફેટ પર એમોનિયાનું ન્યુક્લિયોફિલિક અવેજી (-OH જૂથને-NH2 જૂથ દ્વારા અવેજી) મધ્યવર્તી ઉત્પાદન કાર્બામેટ (CH2NO2−) બીજા ATP પર કાર્બામેટનું ન્યુક્લિયોફિલિક અવેજી પેદા કરે છે, જે ઉત્પાદન કાર્બામોલ ફોસ્ફેટ () ઉત્પન્ન કરે છે. સી. પી. એસ. III, સી. પી. એસ. I ની જેમ, એન-એસિટિલગ્લુટામેટ-આશ્રિત દર્શાવે છે, જેનો અર્થ છે કે આ એલોસ્ટેરિક પ્રભાવક ઉત્પ્રેરણ કરવા માટે જરૂરી છે. માળખું સી. પી. એસ. III બે પેટા એકમોથી બનેલું છેઃ એક સિન્થેટેઝ અને એક ગ્લુટામિનેઝ. આ બે પેટા એકમો સિન્થેટેઝના એન-ટર્મિનલ અંત દ્વારા જોડાયેલા હોવાનું જણાય છે (હોંગ એટ અલ., 1994) ક્રમના 38 પ્રથમ એમિનો એસિડ (એન-ટર્મિનલ ક્રમ) મિટોકોન્ડ્રિયામાં આયાતને સંકેત આપવા માટે મિટોકોન્ડ્રીયલ સંકેત ક્રમ રજૂ કરે છે. ગ્લુટામિનેઝ સબયૂનિટ ફે39 અને ઇલે407 વચ્ચે સ્થિત છે અને તે પોતે બે ડોમેન્સમાં વહેંચાયેલું છેઃ ફે39 અને એસ્પ165 વચ્ચે એન-ટર્મિનલ ડોમેન, અને થ્રી166 અને ઇલે407 વચ્ચે સ્થિત સી-ટર્મિનલ ગ્લુટામાઇન એમાઇડ ટ્રાન્સફર ડોમેન (જીએટી). સિસ્ટીન અવશેષ સિસ્ટ294 સાથે ત્રણ હિસ્ટિડીન અવશેષો હિસ્ટ 337, હિસ્ટ 367 અને હિસ્ટ 378 ને ગ્લુટામાઇન-આધારિત પ્રવૃત્તિ માટે નિર્ણાયક તરીકે ઓળખવામાં આવ્યા છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, આ અવશેષો સી. પી. એસ. III ને સબસ્ટ્રેટ તરીકે ગ્લુટામાઇનનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે. સિન્થેટેઝ સબયૂનિટ Lys425 થી Gln15032 (સી-ટર્મિનલ એન્ડ) સુધી ફેલાયેલું છે અને તે બે ડોમેન્સથી પણ બનેલું છે. પ્રથમ Lys425 અને Ile977 વચ્ચે અને બીજું Met978 અને Gln1502 વચ્ચે સ્થિત છે. દરેકમાં એ. ટી. પી. બંધનકર્તા સ્થળ હોઈ શકે છે જે એ. આર. જી. 719 અને એ. એસ. પી. 768 વચ્ચે અને એ. આર. જી. 1260 અને આઈ. એલ. 1304 વચ્ચે સ્થિત છે. એવું માનવામાં આવે છે કે સી-ટર્મિનલ પ્રદેશમાં એલોસ્ટેરિક ઇફેક્ટર એન-એસિટિલગ્લુટામેટ (એન. એ. જી.) ના ફિક્સેશન માટે બંધનકર્તા સ્થળ છે જે સી. પી. એસ. III કાર્ય કરવા માટે જરૂરી છે. સી. પી. એસ. 1માં બે સિસ્ટીન સી. એસ. 1328 અને સી. એસ. 1338ની ઓળખ કરવામાં આવી છે, જે એન. એ. જી. નો ઉપયોગ એલોસ્ટેરિક પ્રભાવક તરીકે પણ કરે છે, પરંતુ સી. પી. એસ. 2માં નહીં, જે પ્રવૃત્તિ એન. એ. જી. દ્વારા અસરગ્રસ્ત નથી. આમ, આ બે સિસ્ટીન અવશેષો કદાચ સી. પી. એસ. III ની એલોસ્ટેરિક પ્રવૃત્તિમાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. સી. પી. એસ. I અને સી. પી. એસ. II સી. પી. એસ. III સાથે ઉત્ક્રાંતિ અને સંબંધ સી. પી. એસ. II કરતાં સી. પી. એસ. I ની નજીક છે. આ બંને ઉત્સેચકો સમાન રીતે કામ કરે છે અને સમાન એલોસ્ટેરિક પ્રભાવકનો ઉપયોગ કરે છે. તેમની વચ્ચેનો તફાવત એ છે કે સી. પી. એસ. III ગ્લુટામાઇનનો સબસ્ટ્રેટ તરીકે ઉપયોગ કરે છે જ્યારે સી. પી. એસ. I એમોનિયાનો ઉપયોગ કરે છે. એવું માનવામાં આવે છે કે આ ઉત્સેચકો એકબીજાથી વિકસિત થયા છે. એક પૂર્વધારણા એ છે કે ગ્લુટામિનેઝ અને એમોનિયા-આધારિત સિન્થેટેઝ માટે જનીન કોડિંગના મિશ્રણ પછી સી. પી. એસ. II પ્રથમ દેખાયો. સી. પી. એસ. III પછી ગ્લુટામિનેઝ ક્રમના ડુપ્લિકેશનનું પરિણામ હશે, જે બીજી ગ્લુટામાઇન બંધનકર્તા સાઇટ બનાવશે જે એન-એસિટિલગ્લુટામેટ એલોસ્ટેરિક સાઇટમાં વિકસિત થઈ. છેલ્લો પ્રકાર, સી. પી. એસ. I એ ગ્લુટામાઇનને બદલે સબસ્ટ્રેટ તરીકે એમોનિયાનો ઉપયોગ કરીને વિકસિત થયા પછી દેખાશે. સંદર્ભો ઇસી 6.3.5