氨甲酰磷酸合成酶

氨甲酰磷酸合成酶（英語：Carbamoyl phosphate synthetase）是催化自穀氨醯胺（EC 6.3.5.5）或氨（EC 6.3.4.16）與碳酸氫鹽合成氨甲酰磷酸這一反應的一種ATP依賴性酶^[1]。此酶催化ATP與碳酸氫鹽產生了氨甲酰磷酸與ADP。羰基磷酸鹽先與氨反應產生氨基甲酸鹽。接下來，氨基甲酸鹽與第二分子的ATP反應生成氨甲酰磷酸與ADP。

氨甲酰磷酸

氨甲酰磷酸合成酶大亞基中的ATP結合域
生物素羧化酶結構，突變體e288k，與ATP結合
鑑定
標誌	CPSase_L_D2
Pfam	PF02786（舊版）
Pfam宗系	CL0179（舊版）
InterPro（英語：InterPro）	IPR005479
PROSITE（英語：PROSITE）	PDOC00676
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）	1bnc / SUPFAM
現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（舊版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum（英語：PDBsum） 結構概要

氨甲酰磷酸合成酶大亞基中低聚域
氨甲酰磷酸合成酶結構，與ATP類似物AMP-PNP結合在一起
鑑定
標誌	CPSase_L_D3
Pfam	PF02787（舊版）
InterPro（英語：InterPro）	IPR005480
PROSITE（英語：PROSITE）	PDOC00676
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）	1bnc / SUPFAM
現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（舊版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum（英語：PDBsum） 結構概要

氨甲酰磷酸合成酶結構N-末端域
丙酮酸羧化酶的生物素羧化酶亞基晶體結構
鑑定
標誌	CPSase_L_chain
Pfam	PF00289（舊版）
InterPro（英語：InterPro）	IPR005481
PROSITE（英語：PROSITE）	PDOC00676
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）	1bnc / SUPFAM
現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（舊版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum（英語：PDBsum） 結構概要

氨甲酰磷酸合成酶小亞基N-末端域
由抗生素阿西維辛所致的氨甲酰磷酸合成酶酰胺轉移酶活性的失活
鑑定
標誌	CPSase_sm_chain
Pfam	PF00988（舊版）
InterPro（英語：InterPro）	IPR002474
PROSITE（英語：PROSITE）	PDOC00676
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）	1jdb / SUPFAM
現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（舊版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum（英語：PDBsum） 結構概要

在原核生物與真核生物中，氨甲酰磷酸合成酶催化了嘧啶與精氨酸的生物合成以及大多數陸棲脊椎動物尿素循環中的首個關鍵步驟^[2]。大多數原核生物都只有一種類型氨甲酰磷酸合成酶，後者同時用於精氨酸與嘧啶的生物合成，然而某些細菌有着分別不同的類型。

此酶有三種不同型，供應各不相同的功能。

• 氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ（線粒體酶，尿素循環）
• 氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ（胞質溶膠酶，嘧啶代謝）
• 氨甲酰磷酸合成酶Ⅲ（存在於魚類之中）^[3]。

機理

氨甲酰磷酸合成酶的機制由三個不同步驟組成，並且都是不可逆反應^[4]。

1. 碳酸氫鹽被ATP磷酸化，產生出羰基磷酸鹽。
2. 羰基磷酸鹽接下來與氨反應生成氨基甲酸鹽，並釋放一份子無機磷酸。
3. 第二個ATP分子接下來磷酸化氨基甲酸鹽，即生成氨甲酰磷酸。

目前已知，此酶的活性可被三羥甲基氨基甲烷或羥乙基哌嗪乙磺酸緩衝液致使失活^[5]。

結構

氨甲酰磷酸合成酶（CPSase）是一個異二聚酶，由一大一小兩個亞基組成（CPSase Ⅲ則是個例外，其由單個多肽鏈組成，這有可能起因於穀氨酰胺酶與合成酶域兩者之間的基因融合）^[2][3][6]。氨甲酰磷酸合成酶具有三個活性位點，其中一個位於小亞基，另外兩個位於大亞基。小亞基包含有穀氨醯胺結合位點並催化穀氨酰胺水解為穀氨酸與氨，後者被轉移到大鏈上被用於合成氨甲酰磷酸。小亞基具有一個3-層次的β/β/α結構，這一結構在一般蛋白質中被普遍認為是一個可活動單元，可以轉移氨。氨甲酰磷酸合成酶小亞基的C-末端域具有穀氨酰胺氨基轉移酶活性。大亞基具有兩個同源的羧基磷酸鹽域，兩個都具有ATP結合位點；然而，N-末端羧基磷酸鹽域主催化碳酸氫鹽的磷酸化，然而C-末端域主催化氨基甲酸鹽中間體的磷酸化^[7]。氨甲酰磷酸合成酶大亞基中有重複的羧基磷酸鹽域，這一域在生物素依賴性的酶乙酰輔酶A羧化酶（ACC）、丙酰輔酶A羧化酶（PCCase）、丙酮酸羧化酶（PC）與尿素羧化酶之中亦有單拷貝。

細菌氨甲酰磷酸合成酶之中的大亞基具有四個二級結構域：羧基磷酸鹽域1、低聚域、氨甲酰磷酸域2以及變構域^[8]。大腸桿菌的氨甲酰磷酸合成酶異質二聚體含有兩個分子通道：一個氨通道以及一個氨基甲酸鹽通道。這些域間隧道將三個不同的活性位點相互連接起來，並作為不穩定的反應中間體（氨和氨基甲酸鹽）在相關的活性位點之間傳遞的通道^[9]。氨甲酰磷酸合成酶的催化機制涉及到氨基甲酸鹽自位於大亞基的N-末端域的合成位點擴散穿過酶的內部繼而到達位於C-末端域的磷酸化位點。