3、1、2　含硫氨基酸的分解代谢　蛋氨酸-γ-裂解酶(methionine-γ-lyase ,MGL)是降解含硫氨基酸的专一性酶, 属于磷酸吡哆醛( pyridoxal 5′-phosphate,PLP)依赖性酶的α家族,在溶组织内阿米巴和阴道毛滴虫中都有存在;除蛋氨酸之外,该酶还可以催化分解同型半胱氨酸以及包括O -乙酰丝氨酸在内的许多取代丝氨酸或同型丝氨酸类似物。笔者所在课题组在对牙龈卟啉菌( Porphy rom onas g ing ivalis)来源的MGL进行的研究中,还发现该酶对降解半胱氨酸也具有很高的活性(待发表) 。溶组织内阿米巴和肠贾第虫体内都分别存在两种同型的MGL,它们在底物特异性、整体带电特性以及酶学特性方面都不尽相同。由于这两类原生生物不具有转硫途径,不产生胱硫醚( cystathionine)中间体,所以其来源的MGL不具有胱硫醚活性^{[ 36 ]} 。MGL的生物学意义在于能量代谢中催化丙酸的生成以及对生物体内有毒性的含硫氨基酸的分解^{[ 20 ]} 。

许多PLP依赖性酶都与半胱氨酸、蛋氨酸以及同型半胱氨酸的代谢密切相关,包括胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase, CGL ) 、胱硫醚-γ-合成酶( cystathionine-γ-synthase, CGS) 、半胱氨酸合成酶( cysteine synthase, CS)以及MGL等。溶组织内阿米巴和阴道毛滴虫来源的MGL、酵母来源的CGL以及大肠杆菌来源的CGS均为同源四聚体,且晶体结构很相似^{[ 36-38 ]} 。因为哺乳动物体内缺乏从半胱氨酸到甲硫氨酸的正向转硫作用^{[ 20 ]} ,所以在以MGL 作为靶点的药物设计中,必须避免对哺乳动物体内CGL的干扰。虽然MGL 与CGL 结构相似,并都能催化γ消除反应,但在底物选择的优先性上有所不同:含有疏水末端基团的蛋氨酸和半胱氨酸是MGL的最适底物,而胱硫醚由于含有肽键则是CGL的最适底物。另外,晶体结构学研究发现,许多MGL 或者CGL的部分保守序列都呈现出专一性,比如大肠杆菌来源的MGL1 中保守氨基酸序列( Phe-44,Met-84, Cys-110, Val-331) 在所有已知的MGL 中均有存在,而在其他PLP依赖性酶中缺失^{[ 16 ]} 。这些结构学的专一性特点反应出原生生物来源的MGL与高等生物来源的CGL 在活性中心上存在明显差异,也就是说,尽管MGL与CGL都有着γ-裂解酶的活性,细菌来源的CGS具有γ-合成酶活性,并且在空间结构上有很多相似性,但是,它们的底物选择性和活性中心的位置具有差异,使得设计出不影响CGL而只作用于寄生虫来源的MGL 的新药成为可能。

3、1、3　硫同化的半胱氨酸生物合成　半胱氨酸的生物合成在细菌、植物以及许多原生生物体内无机硫向有机硫的转化中起重要作用^{[ 16 ]} ,细菌以及植物体内的此合成途径已被很深入地研究。在植物体内,此合成途径至少存在于胞浆、线粒体以及叶绿体3个不同的细胞器中^{[ 39 ]} ;因在溶组织内阿米巴、阴道毛滴虫以及锥虫( Trypanosom a cruzi,美国锥虫病的致病体)体内没有叶绿体和线粒体,这条途径仅存在于胞质中。在溶组织内阿米巴和阴道毛滴虫体内,由于没有细菌和植物中的硫酸盐还原途径(可将体外+ 6价的硫还原为- 2价) ,它们可能直接利用肠道和阴道内外源菌中铁硫蛋白上的硫,而与之不同的是,动物中缺失这些硫同化途径,需要外源的蛋氨酸作为硫的来源^{[ 16 ]} 。

参与此过程的调节酶系主要有丝氨酸O-乙酰转移酶( Serine O 2acetyltransferase , SAT) 以及CS。在溶组织内阿米巴体内,分别存在3种类型的SAT以及2种类型的CS,其中SAT1是其半胱氨酸生物合成中主要的酶,受胱氨酸和半胱氨酸的负反馈调节,这种负反馈调节并没有在其他生物体内发现,也就是说, SAT1在阿米巴体内是一个独特的调节酶。另外,在细菌以及植物细胞中SAT与CS结合成异源复合体,而在阿米巴体内并没有这样的蛋白结合作用^{[ 40 ]} 。在阴道毛滴虫体内,关于硫同化的半胱氨酸生物合成最近也有所报导,但是它只涉及CS而无SAT存在,并以某种独特的方法得到合成氧化磷酸化丝氨酸所需要的酶^{[ 41 ]} 。

有研究表明,在体外的溶组织内阿米巴以及阴道毛滴虫培养基中, L-半胱氨酸的作用不能被任何一种巯基化合物以及还原剂所取代,说明它是这些原生生物存活和生长所必需的氨基酸^{[ 42 ]} ,而且SAT以及CS是与之相关的重要酶系。

综上所述,在“无线粒体”原生生物体内,含硫氨基酸的代谢以及相关途径有许多独特的地方,这为相关药物作用靶点的研究与发现提供了新的思路和启迪。