Альдолаза B - Aldolase B
Альдолаза B также известный как фруктозо-бисфосфатальдолаза B или же альдолаза печеночного типа один из трех изоферменты (A, B и C) класса I фруктозо-1,6-бисфосфатальдолаза фермент (EC 4.1.2.13) и играет ключевую роль в обоих гликолиз и глюконеогенез. Общий фермент фруктозо-1,6-бисфосфатальдолаза катализирует обратимое расщепление фруктозо-1,6-бисфосфат (FBP) в глицеральдегид-3-фосфат и дигидроксиацетонфосфат (DHAP), а также обратимое расщепление фруктозо-1-фосфат (F1P) в глицеральдегид и дигидроксиацетонфосфат. У млекопитающих альдолаза B преимущественно экспрессируется в печени, тогда как альдолаза А выражается в мышцах и эритроцитах и альдолаза C выражается в головном мозге. Незначительные различия в структуре изоферментов приводят к различной активности двух молекул субстрата: FBP и фруктозо-1-фосфата. Альдолаза B не проявляет предпочтения и, таким образом, катализирует обе реакции, тогда как альдолазы A и C предпочитают FBP.[5]
У человека альдолаза B кодируется ALDOB ген расположен на хромосоме 9. Ген 14 500 пар оснований длинный и содержит 9 экзоны.[6][7][8] Дефекты этого гена были идентифицированы как причина наследственная непереносимость фруктозы (HFI).[9]
Механизм
Универсальный фермент фруктозобисфосфатальдолаза расщепляет 6-углеродный фруктозный сахар на два 3-углеродных продукта в обратном порядке. альдольная реакция. Типичным примером этой реакции является образование База Шиффа промежуточный с лизин остаток (лизин 229) в активном центре фермента; образование основания Шиффа является ключевым отличием альдолаз класса I (продуцируемых животными) и класса II (продуцируемых грибами и бактериями). После образования основания Шиффа четвертая гидроксильная группа на основной цепи фруктозы затем депротонируется посредством аспартат остаток (аспартат 33), что приводит к альдольному расщеплению. Гидролиз основания Шиффа дает два 3-углеродных продукта. В зависимости от реагента, F1P или FBP, продуктами являются DHAP и глицеральдегид или глицеральдегид-3-фосфат соответственно.[10]
ΔG ° ’этой реакции составляет +23,9 кДж / моль. Хотя реакция может показаться слишком тяжелой, чтобы происходить, следует отметить, что в физиологических условиях ΔG реакции падает до близкого к нулю или ниже нуля. Например, ΔG этой реакции в физиологических условиях в эритроцитах составляет -0,23 кДж / моль.[10]
Структура
Альдолаза B - гомотетрамерный фермент, состоящий из четырех субъединиц с молекулярной массой 36 кДа с локальной симметрией 222. Каждая субъединица имеет молекулярную массу 36 кДа и содержит восьмицепочечный α / β цилиндр, который включает лизин 229 (аминокислота, образующая основание Шиффа, которая является ключевой для катализа).[11][12]
Специфические для изоферментов области
Хотя большая часть общей структуры фермента альдолазы сохраняется среди трех изоферментов, было выявлено, что четыре области общего фермента альдолазы сильно варьируют среди изоферментов. Такие области были обозначены изофермент-специфическими областями (ISR1-4). Считается, что эти области придают изоферментам их особенности и структурные различия. Все ISR 1-3 обнаружены в экзоне 3 ALDOB ген. ISR 4 является наиболее вариабельным из четырех и находится на c-конце белка.[5]
ISR 1-3 обнаруживаются преимущественно в участках на поверхности фермента. Эти пятна не перекрываются с активным сайтом, что указывает на то, что ISR могут изменять специфичность субстрата изофермента на расстоянии или вызывать взаимодействия С-конца с активным сайтом.[12] Недавняя теория предполагает, что ISR могут допускать различную конформационную динамику фермента альдолазы, которая объясняет его специфичность.[13]
Физиология
Альдолаза B играет ключевую роль в углевод метаболизм, поскольку он катализирует один из основных этапов гликолитико-глюконеогенного пути. Хотя это действительно катализирует распад глюкоза, он играет особенно важную роль в фруктоза метаболизм, который происходит в основном в печени, коре почек и слизистой оболочке тонкой кишки. Когда фруктоза всасывается, она фосфорилируется фруктокиназа с образованием фруктозо-1-фосфата. Затем альдолаза B катализирует расщепление F1P на глицеральдегид и DHAP. После фосфорилирования глицеральдегида триозокиназа для образования G3P оба продукта могут использоваться в гликолитико-глюконеогенном пути, то есть они могут быть модифицированы в глюкозу или пируват.[14]
Хотя механизм регуляции альдолазы B неизвестен, повышенная ALDOB транскрипция гена в печени животных была замечена с увеличением количества пищевых углеводов и уменьшением глюкагон концентрация.[15][16]
Интерактивная карта проезда
Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы ссылки на соответствующие статьи.[§ 1]
- ^ Интерактивную карту путей можно редактировать на WikiPathways: «ГликолизГлюконеогенез_WP534».
Патология
Генетические мутации, приводящие к дефектам альдолазы B, приводят к состоянию, называемому наследственная непереносимость фруктозы. Из-за отсутствия функциональной альдолазы B организмы с HFI не могут должным образом обрабатывать F1P, что приводит к накоплению F1P в тканях организма. Помимо того, что он токсичен для клеточных тканей, высокий уровень F1P улавливает фосфат в непригодной для использования форме, который не возвращается в общий пул фосфатов, что приводит к истощению запасов фосфата и АТФ. Недостаток легкодоступного фосфата вызывает прекращение гликогенолиз в печени, что приводит к гипогликемии.[17] Это накопление также ингибирует глюконеогенез, дополнительно уменьшая количество легко доступной глюкозы. Потеря АТФ приводит к множеству проблем, включая ингибирование синтеза белка и дисфункцию печени и почек. Однако в случае наследственной непереносимости фруктозы прогноз пациентов благоприятный. Избегая продуктов, содержащих фруктозу, сахарозу и сорбит, пациенты могут жить без симптомов.[14]
HFI - это рецессивно наследуемое аутосомное заболевание. Было идентифицировано около 30 мутаций, вызывающих HFI, и эти комбинированные мутации приводят к частоте HFI 1 на каждые 20 000 рождений.[14][18] Мутантные аллели являются результатом ряда различных типов мутаций, включая замены пар оснований и небольшие делеции. Наиболее распространенная мутация - A149P, гуанин в цитозин. трансверсия в экзоне 5, что приводит к замене аланина в положении 149 на пролин. По оценкам, этот специфический мутантный аллель составляет 53% аллелей HFI.[19] Другие мутации, приводящие к HFI, встречаются реже и часто коррелируют с наследственным происхождением.[20]
Рекомендации
- ^ а б c ГРЧ38: Ансамбль выпуск 89: ENSG00000136872 - Ансамбль, Май 2017
- ^ а б c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000028307 - Ансамбль, Май 2017
- ^ "Справочник человека по PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
- ^ "Ссылка на Mouse PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
- ^ а б Долби А.Р., Толан Д.Р., Литтлчайлд Дж. А. (ноябрь 2001 г.). «Структура фруктозо-1,6-бисфосфатальдолазы печени человека». Acta Crystallogr. D. 57 (Pt 11): 1526–33. Дои:10.1107 / S0907444901012719. PMID 11679716.
- ^ «Энтрез Ген: ALDOB альдолаза B, фруктозобисфосфат».
- ^ Генри I, Галлано П., Бесмонд С., Вейл Д., Маттей М.Г., Турло С., Буэ Дж., Кан А., Жуниен С. (июль 1985 г.). «Структурный ген альдолазы B (ALDB) соответствует 9q13 ---- 32». Анна. Гм. Genet. 49 (Pt 3): 173–80. Дои:10.1111 / j.1469-1809.1985.tb01691.x. PMID 3000275. S2CID 10058239.
- ^ Толан Д. Р., Пенхет Э. Э. (июнь 1986 г.). «Характеристика гена альдолазы B человека». Мол. Биол. Med. 3 (3): 245–64. PMID 3016456.
- ^ Cox TM (январь 1994 г.). «Непереносимость альдолазы B и фруктозы». FASEB J. 8 (1): 62–71. Дои:10.1096 / fasebj.8.1.8299892. PMID 8299892. S2CID 39102274.
- ^ а б Гарретт Р.Х., Гришем К.М. (2010). Биохимия (4-е изд.). Брукс / Коул.
- ^ Sygusch J, Beaudry D, Allaire M (ноябрь 1987 г.). «Молекулярная архитектура альдолазы скелетных мышц кролика при разрешении 2,7-A». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 84 (22): 7846–50. Дои:10.1073 / пнас.84.22.7846. ЧВК 299418. PMID 3479768.
- ^ а б Pezza JA, Choi KH, Berardini TZ, Beernink PT, Allen KN, Tolan DR (май 2003 г.). «Пространственная кластеризация изоферментных остатков выявляет маловероятные детерминанты изоферментной специфичности фруктозо-1,6-бисфосфатальдолазы». J. Biol. Chem. 278 (19): 17307–13. Дои:10.1074 / jbc.M209185200. PMID 12611890.
- ^ Пецца Дж. А., Стопа Дж. Д., Бруняк Е. М., Аллен К. Н., Толан Д. Р. (ноябрь 2007 г.). «Термодинамический анализ показывает, что конформационное связывание / динамика придает субстратную специфичность фруктозо-1,6-бисфосфат альдолазе». Биохимия. 46 (45): 13010–8. Дои:10.1021 / bi700713s. ЧВК 2546497. PMID 17935305.
- ^ а б c Врожденные метаболические заболевания (Четвертая переработанная ред.). Springer Berlin Heidelberg. 2006 г.
- ^ Гомес П.Ф., Ито К., Хуанг И., Оцу К., Кузумаки Т., Исикава К. (ноябрь 1994 г.). «Диетическая и гормональная регуляция транскрипции гена альдолазы B в печени крыс». Arch Biochem Biophys. 314 (2): 307–14. Дои:10.1006 / abbi.1994.1447. PMID 7979370.
- ^ Munnich A, Besmond C, Darquy S и др. (Март 1985 г.). «Диетическая и гормональная регуляция экспрессии гена альдолазы B». J. Clin. Вкладывать деньги. 75 (3): 1045–52. Дои:10.1172 / JCI111766. ЧВК 423659. PMID 2984252.
- ^ Бутельджа Н., Тимсон DJ (апрель 2010 г.). «Биохимические основы наследственной непереносимости фруктозы». J. Inherit. Метаб. Дис. 33 (2): 105–12. Дои:10.1007 / s10545-010-9053-2. PMID 20162364. S2CID 207099820.
- ^ Эспозито Г., Витальяно Л., Сантамария Р., Виола А, Загари А., Сальваторе Ф. (ноябрь 2002 г.). «Структурный и функциональный анализ мутантов альдолазы B, связанных с наследственной непереносимостью фруктозы». FEBS Lett. 531 (2): 152–6. Дои:10.1016 / S0014-5793 (02) 03451-8. PMID 12417303. S2CID 7134716.
- ^ Малайский А.Д., Аллен К.Н., Толан Д.Р. (март 2005 г.). «Структура термолабильной мутантной альдолазы B, A149P: молекулярные основы наследственной непереносимости фруктозы». Дж Мол Биол. 347 (1): 135–44. Дои:10.1016 / j.jmb.2005.01.008. PMID 15733923.
- ^ Толан Д.Р. (1995). «Молекулярные основы наследственной непереносимости фруктозы: мутации и полиморфизмы в гене альдолазы B человека». Гм. Мутат. 6 (3): 210–8. Дои:10.1002 / humu.1380060303. PMID 8535439. S2CID 35127545.
дальнейшее чтение
- Cross NC, de Franchis R, Sebastio G, et al. (1990). «Молекулярный анализ генов альдолазы B при наследственной непереносимости фруктозы». Ланцет. 335 (8685): 306–9. Дои:10.1016/0140-6736(90)90603-3. PMID 1967768. S2CID 1522710.
- Cross NC, Стоянов LM, Cox TM (1990). «Новый вариант альдолазы B, N334K, является частой причиной наследственной непереносимости фруктозы в Югославии». Нуклеиновые кислоты Res. 18 (7): 1925. Дои:10.1093 / nar / 18.7.1925. ЧВК 330648. PMID 2336380.
- Сакакибара М., Мукаи Т., Яцуки Х., Хори К. (1985). "Ген изофермента альдолазы человека: структура мРНК многовидовой альдолазы B". Нуклеиновые кислоты Res. 13 (14): 5055–69. Дои:10.1093 / nar / 13.14.5055. ЧВК 321849. PMID 2410860.
- Сакакибара М., Такахаши И., Такасаки Ю. и др. (1989). «Конструирование и экспрессия плазмид экспрессии человеческой альдолазы А и В в хозяине Escherichia coli». Биохим. Биофиз. Acta. 1007 (3): 334–42. Дои:10.1016/0167-4781(89)90156-5. PMID 2649152.
- Мукаи Т., Яцуки Х., Араи Ю. и др. (1988). «Ген альдолазы B человека: характеристика геномного гена альдолазы B и анализ последовательностей, необходимых для множественного полиаденилирования». J. Biochem. 102 (5): 1043–51. Дои:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a122142. PMID 2830249.
- Cross NC, Толан Д. Р., Cox TM (1988). «Каталитический дефицит человеческой альдолазы B при наследственной непереносимости фруктозы, вызванной распространенной миссенс-мутацией». Клетка. 53 (6): 881–5. Дои:10.1016 / S0092-8674 (88) 90349-2. PMID 3383242. S2CID 31460581.
- Паолелла Г., Сантамария Р., Иззо П. и др. (1984). «Выделение и нуклеотидная последовательность полноразмерной кДНК, кодирующей альдолазу B из печени человека». Нуклеиновые кислоты Res. 12 (19): 7401–10. Дои:10.1093 / nar / 12.19.7401. ЧВК 320170. PMID 6548561.
- Роттманн WH, Толан Д.Р., Penhoet EE (1984). «Полная аминокислотная последовательность альдолазы B человека, полученная из кДНК и геномных клонов». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 81 (9): 2738–42. Дои:10.1073 / пнас.81.9.2738. ЧВК 345145. PMID 6585824.
- Besmond C, Dreyfus JC, Gregori C и др. (1984). «Нуклеотидная последовательность клона кДНК альдолазы B человека». Biochem. Биофиз. Res. Сообщество. 117 (2): 601–9. Дои:10.1016 / 0006-291X (83) 91243-3. PMID 6689266.
- Али М, Кокс TM (1995). «Различные мутации в гене альдолазы B, которые лежат в основе распространенности наследственной непереносимости фруктозы». Являюсь. J. Hum. Genet. 56 (4): 1002–5. ЧВК 1801191. PMID 7717389.
- Али М., Себастио Г., Кокс TM (1994). «Идентификация новой мутации (Leu 256 → Pro) в гене альдолазы B человека, связанной с наследственной непереносимостью фруктозы». Гм. Мол. Genet. 3 (1): 203–4. Дои:10.1093 / hmg / 3.1.203. PMID 8162030.
- Брукс С.К., Толан Д.Р. (1994). «Частично активная мутантная альдолаза B от пациента с наследственной непереносимостью фруктозы». FASEB J. 8 (1): 107–13. Дои:10.1096 / fasebj.8.1.8299883. PMID 8299883. S2CID 7577134.
- Кусакабэ Т., Мотоки К., Хори К. (1997). «Способ взаимодействия изоферментов альдолазы человека с цитоскелетами». Arch. Biochem. Биофизы. 344 (1): 184–93. Дои:10.1006 / abbi.1997.0204. PMID 9244396.
- Лау Дж, Толан Д.Р. (1999). «Скрининг наследственных мутаций непереносимости фруктозы методом обратного дот-блоттинга». Мол. Клетка. Зонды. 13 (1): 35–40. Дои:10.1006 / mcpr.1998.0208. PMID 10024431.
- Сантамария Р., Эспозито Г., Витальяно Л. и др. (2001). «Исследования функционального и молекулярного моделирования двух наследственных мутаций, вызывающих непереносимость фруктозы, в аргинине 303 в альдолазе печени человека». Biochem. J. 350, Часть 3 (Pt 3): 823–8. Дои:10.1042/0264-6021:3500823. ЧВК 1221316. PMID 10970798.
- Сьюзан П.П., Данн В.А. (2001). «Вызванное голоданием лизосомное разложение альдолазы B требует глутамина 111 в сигнальной последовательности для шаперон-опосредованного транспорта». J. Cell. Физиол. 187 (1): 48–58. Дои:10.1002 / 1097-4652 (2001) 9999: 9999 <00 :: AID-JCP1050> 3.0.CO; 2-I. PMID 11241348.
внешняя ссылка
- Альдолаза + B в Национальной медицинской библиотеке США Рубрики медицинской тематики (MeSH)
- Человек ALDOB расположение генома и ALDOB страница сведений о генах в Браузер генома UCSC.
PDB галерея | |
|---|---|
|
