Carbamoyl phosphate synthetase III
कार्बामॉयल फॉस्फेट सिंथेटेज III (सी. पी. एस. III) कार्बामॉयल फॉस्फेट सिंथेटेज के तीन समरूपों में से एक है, एक एंजाइम जो कई जीवों में कार्बामॉयल फॉस्फेट के सक्रिय उत्पादन को उत्प्रेरित करता है। सी. पी. एस. III (ईसी 6.3.5.5) एक लाइगेज है (3.) जो कार्बन-नाइट्रोजन बंधन बनाता है (6.3) ग्लूटामाइन के साथ एमिडो-एन-डोनर के रूप में (6.3.5) (ब्रेन्डा देखें)। संदर्भ अधिकांश मछली प्रजातियों सहित कई जलीय जीव अमोनियोटेलिक हैं, जिसका अर्थ है कि वे चयापचय अपशिष्ट के रूप में अमोनिया का उत्पादन करते हैं, जिसे वे आम तौर पर अपने गिल्स के माध्यम से प्रसार द्वारा उत्सर्जित करते हैं। स्थलीय कशेरुकी जीवों के समान, कुछ मछली प्रजातियों में भी चयापचय अपशिष्ट के रूप में यूरिया को महत्वपूर्ण रूप से शामिल किया जाता है। यह घटना लार्वा चरणों से संबंधित है क्योंकि उनमें अमोनिया को उत्सर्जित करने के लिए गिल नहीं होते हैं, लेकिन कुछ प्रजातियों में वयस्क अवस्था भी होती है। युरिया द्वारा दर्शाए जाने वाले चयापचय अपशिष्ट के अनुपात के आधार पर, ये प्रजातियाँ आंशिक या पूरी तरह से यूरियोटेलिक हैं। यूरियोटेलिक प्रजाति ऑर्निथिन-युरिया चक्र (ओ. यू. सी.) के माध्यम से यूरिया का उत्पादन करती है जिसमें सी. पी. एस. एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। कार्बामॉयल फॉस्फेट सिंथेटेज I का उपयोग ज्यादातर स्थलीय कशेरुकी जीवों द्वारा किया जाता है, और ऐसा प्रतीत होता है कि कुछ जलीय प्रजातियां युरिया उत्पादन से निपटने के लिए सी. पी. एस. III पर निर्भर हैं। विशिष्ट वातावरण में रहने वाली प्रजातियों के लिए अमोनिया के बजाय युरिया को उत्सर्जित करने में कई संभावित लाभ हैं। उदाहरण के लिए, यह क्षारीय जल में अमोनिया की तुलना में बेहतर प्रसार क्षमता की अनुमति देता है, और यह पानी के नुकसान को कम करता है, जो लंबे समय तक पानी से बाहर रहने वाली प्रजातियों जैसे कि लंगफिश प्रजातियों के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। सी. पी. एस. III का वर्णन एल्कोलापिया वंश के सिक्लिड, लंगफिश, गल्फ टोडफिश ऑप्सनस बीटा, इंद्रधनुष ट्राउट ऑन्कोर्हिनकस माइकिस, अटलांटिक हेलिबुट हिप्पोग्लोसस हिप्पोग्लोसस, लार्जमाउथ बास माइक्रोप्टेरस सैल्मोइड्स, आम कार्प साइप्रिनस कार्पियो और उदाहरण के लिए स्पाइनी डॉगफिश स्क्वालस एकैंथिया जैसे एलास्मोब्रांच में किया गया है। इस प्रकार यह एंजाइम मछलियों के बीच वितरित होता प्रतीत होता है जो मूत्रमार्ग के विभिन्न स्तर को दर्शाता है। प्रतिक्रिया मार्ग ऑर्निथिन-युरिया चक्र सी. पी. एस. III ऑर्निथिन-युरिया चक्र (ओ. यू. सी.) में एक अग्रदूत है। यह मार्ग उन जीवों में होता है जो सीधे अपचय अपशिष्ट के रूप में अमोनिया का उत्सर्जन नहीं करते हैं। ओ. यू. सी. का मुख्य कार्य यूरिया में अत्यधिक विषाक्त नाइट्रोजन अपशिष्ट (एन. एच. 3) को परिवर्तित करना है, जो कम विषाक्तता दर्शाता है। इस चक्र में पाँच जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएँ शामिल हैं, जिनमें से पहले दो माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में और तीन अन्य साइटोसोल में होती हैं। मछलियों में, युरिया चक्र केवल कुछ टेलियोस्ट में पाया जाता है, ज्यादातर वायु प्रजननकर्ता या क्षारीय पानी जैसे बहुत विशिष्ट वातावरण में रहने वाली प्रजातियां और एलास्मोब्रांच में। सी. पी. एस. III कुछ इलास्मोब्रांच के माइटोकॉन्ड्रिया और कुछ टेलियोस्ट यकृत और/या एक्स्ट्राहेपेटिक ऊतकों में पाया जाता है। यह ओ. यू. सी. चक्र की पहली प्रतिक्रिया में हस्तक्षेप करता है, जो महत्वपूर्ण है क्योंकि यह शेष चक्र को सीमित करता है। सी. पी. एस. III इस प्रकार कोशिका में अमोनिया की मात्रा को विनियमित करने में एक प्रमुख भूमिका निभाता है, जिसमें एमिनो एसिड संश्लेषण को बनाए रखने के लिए न्यूनतम सांद्रता बनाए रखते हुए उत्सर्जन के लिए यूरिया में इसका रूपांतरण शुरू किया जाता है। कार्बामॉयल फॉस्फेट संश्लेषण सी. पी. एस. III द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रिया हैः 2 ए. टी. पी. + एल-ग्लूटामाइन + एच. सी. ओ. 3-+ एच. 20-+ 2 ए. डी. पी. + पी. आई. + एल-ग्लूटामेट + कार्बामॉयल फॉस्फेट यह प्रतिक्रिया माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में होती है और इसमें 4 चरण शामिल होते हैंः बाइकार्बोनेट (एच. सी. ओ. 3-) को ए. टी. पी. का उपयोग करके फॉस्फोरिलेट किया जाता है, जिससे कार्बॉक्सीफॉस्फेट (सी. एच. ओ. 6. पी. 2-) ग्लूटामाइन (सी. 5. एच. 10. एन. 2. ओ. 3) उत्पन्न होता है जिसे ग्लूटामेट (सी. 5. एच. 9. एन. ओ. 4) और अमोनिया (एन. एच 1. और 2. एक साथ होते हैं। कार्बोक्सीफॉस्फेट पर अमोनिया का न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन (-OH समूह को-NH2 समूह द्वारा प्रतिस्थापित करना) दूसरे ATP पर कार्बामेट के मध्यवर्ती उत्पाद कार्बामेट (CH2NO2−) न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन को उत्पन्न करता है, जिससे उत्पाद कार्बामॉयल फॉस्फेट () उत्पन्न होता है। सी. पी. एस. III, सी. पी. एस. I की तरह, एन-एसिटाइलग्लूटामेट-निर्भर दिखाता है, जिसका अर्थ है कि उत्प्रेरण करने के लिए इस एलोस्टेरिक प्रभावक की आवश्यकता होती है। संरचना सी. पी. एस. III दो उप-इकाइयों से बना हैः एक सिंथेटेज और एक ग्लूटामिनेज। ये दोनों उप-इकाइयाँ सिंथेटेस के एन-टर्मिनल छोर से जुड़ी हुई प्रतीत होती हैं (होंग एट अल., 1994) अनुक्रम के 38 पहले एमिनो एसिड (एन-टर्मिनल अनुक्रम) माइटोकॉन्ड्रिया में आयात का संकेत देने के लिए एक माइटोकॉन्ड्रियल संकेत अनुक्रम का प्रतिनिधित्व करते हैं। ग्लूटामिनेस सबयूनिट फे39 और इले407 के बीच स्थित है और इसे दो डोमेन में विभाजित किया गया हैः फे39 और एस्प165 के बीच एक एन-टर्मिनल डोमेन, और थ्री166 और इले407 के बीच स्थित एक सी-टर्मिनल ग्लूटामाइन एमाइड ट्रांसफर डोमेन (जीएटी)। सिस्टीन अवशेष सिस्ट294 के साथ तीन हिस्टिडीन अवशेष हिस्ट337, हिस्ट367 और हिस्ट378 की पहचान ग्लूटामाइन-निर्भर गतिविधि के लिए महत्वपूर्ण के रूप में की गई है। दूसरे शब्दों में, ये अवशेष सी. पी. एस. III को सब्सट्रेट के रूप में ग्लूटामाइन का उपयोग करने की अनुमति देते हैं। सिंथेटेज सबयूनिट Lys425 से Gln15032 (सी-टर्मिनल एंड) तक फैला हुआ है और यह दो डोमेन से भी बना है। पहला Lys425 और Ile977 के बीच स्थित है और दूसरा Met978 और Gln1502 के बीच स्थित है। प्रत्येक में ए. टी. पी. बाध्यकारी स्थल हो सकता है जो ए. आर. जी. 719 और ए. एस. पी. 768 के बीच और ए. आर. जी. 1260 और आई. एल. ई. 1304 के बीच स्थित हो। ऐसा माना जाता है कि सी-टर्मिनल क्षेत्र में एलोस्टेरिक प्रभावक एन-एसिटाइलग्लूटामेट (एनएजी) के निर्धारण के लिए बंधन स्थल होता है जो सीपीएस III के कार्य करने के लिए आवश्यक है। सी. पी. एस. I में दो सिस्टीन सी. आई. एस. 1328 और सी. आई. एस. 1338 की पहचान की गई है, जो एन. ए. जी. का उपयोग एलोस्टेरिक प्रभावक के रूप में भी करते हैं, लेकिन सी. पी. एस. II में नहीं, जो गतिविधि एन. ए. जी. से प्रभावित नहीं होती है। इस प्रकार, ये दो सिस्टीन अवशेष संभवतः सी. पी. एस. III की एलोस्टेरिक गतिविधि में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। सी. पी. एस. I और सी. पी. एस. II के साथ विकास और संबंध सी. पी. एस. II की तुलना में सी. पी. एस. I के करीब है। ये दोनों एंजाइम एक ही तरह से काम करते हैं और एक ही एलोस्टेरिक प्रभावक का उपयोग करते हैं। उनके बीच अंतर यह है कि सी. पी. एस. III सब्सट्रेट के रूप में ग्लूटामाइन का उपयोग करता है जबकि सी. पी. एस. I अमोनिया का उपयोग करता है। ऐसा माना जाता है कि ये एंजाइम एक दूसरे से विकसित हुए हैं। एक परिकल्पना यह है कि सी. पी. एस. II सबसे पहले एक ग्लूटामिनेज और एक अमोनिया-निर्भर सिंथेटेज के लिए जीन कोडिंग के संलयन के बाद दिखाई दिया। सी. पी. एस. III तब ग्लूटामिनेस अनुक्रम के दोहराव के परिणामस्वरूप होगा, जिससे एक दूसरा ग्लूटामाइन बाइंडिंग साइट बन जाएगा जो एन-एसिटाइलग्लूटामेट एलोस्टेरिक साइट में विकसित हुआ। अंतिम प्रकार, सी. पी. एस. I ग्लूटामाइन के बजाय सब्सट्रेट के रूप में अमोनिया का उपयोग करने में विकसित होने के बाद दिखाई देने वाला अंतिम प्रकार होगा। संदर्भ ईसी 6.3.5