Бактериальная глутатионтрансфераза - Bacterial glutathione transferase

Структура глутатионтрансферазы бета-класса из Протей мирабилис (PDB: 1 вечера).[1]

Бактериальные трансферазы глутатиона (GST; EC 2.5.1.18) являются частью надсемейство из ферменты которые играют решающую роль в клеточном детоксикация.[2] Основная роль GST - катализировать конъюгацию глутатион (GSH) с электрофильными центрами самых разных молекул. Наиболее известные субстраты для GST: ксенобиотик синтетические химикаты. Существуют также классы GST, которые используют глутатион в качестве кофактора, а не субстрата. Часто эти GST участвуют в снижение реактивных окислительных видов, токсичных для бактерий. Конъюгация с рецепторами глутатиона снижает токсические вещества больше растворимый, и поэтому с большей готовностью экзоцитозированный из клетки.[3]

Классы и роли

Бактериальные трансферазы глутатиона широко распространены в аэробный бактерии и делятся на несколько классов. Эти классы организованы в соответствии с последовательностью и структурой белка. У бактерий GST класса тета включают все известные в настоящее время бактериальные трансферазы глутатиона. Между классами эти белки имеют менее 25% идентичности последовательностей, в то время как члены одного и того же класса соответствуют примерно 40% идентичности аминокислотных последовательностей. В сравнении с эукариоты, исследования показали, что большинство остатков, которые являются высококонсервативными в тета и других GST бактериального класса, не сохраняются в классах альфа, мю и пи эукариотических GST. Значительная вариабельность белковых последовательностей привела к общему мнению, что GST выполняют очень широкий спектр глутатион-зависимых функций конъюгации. Никакие другие известные в настоящее время белки не имеют такой же общей топологии, как ферменты GST.[4]

Бактериальные трансферазы глутатиона не обнаруживаются в анаэробный бактерии или археи. Эти антиоксидантные ферменты являются частью пути биосинтеза глутатиона, который присутствует у цианобактерий, протеобактерий и некоторых грамотрицательных бактерий.[4]

Бактериальные GST участвуют во множестве различных процессов, таких как биотрансформация из токсичные соединения, защита от нескольких стрессов, и антибактериальный устойчивость к лекарству. GST также играют важную роль в метаболизм, такие как биосинтез сигнального лиганда, разрушение тирозина, расщепление пероксида и восстановление дегидроаскорбат.[4]

Глутатион

Как ключ субстрат в GST-опосредованных реакциях глутатион является одним из наиболее консервативных восстановители в бактериальных клетках. В восстановленной форме глутатион играет ключевую роль в регуляции активные формы кислорода (ROS) в камере. АФК специфичны для аэробных клеток и обычно образуются в их метаболических процессах. Они функционируют для поддержания динамического баланса в нормальных условиях, действуя как внутриклеточные и внеклеточные сигнальные молекулы.[3] Регулирование уровней АФК, уровней окисленный и пониженный глутатион и другие тиолы, и антиоксидант ферменты (такие как GST и глутатионредуктаза) важны для определения наиболее стабильных условий окислительно-восстановительного контроля или активации апоптоз. Глутатионредуктаза - еще один фермент, который помогает поддерживать клеточный окислительно-восстановительный гомеостаз, поддерживая запасы восстановленного глутатиона. Без глутатиона в его восстановленной форме трансферазы глутатиона не могут использовать его в качестве субстрата в окислительно-восстановительных реакциях.[5]

Глутатион содержит значительное количество цистеин остатков, что способствует его быстрой окисляемости. Группы -SH на этих остатках действуют как сильные нуклеофилы, который может конъюгировать с множеством молекул, включая другие молекулы глутатиона.[3] Сама сера может существовать в нескольких различных состояния окисления; эта окислительно-восстановительная гибкость в сочетании с его сильными нуклеофильными свойствами позволяет глутатиону окислять / легко захватывать электроны от активных форм кислорода. Трансферазы глутатиона играют ключевую роль в катализирующий такие реакции.[5]

Структура

Бактериальные трансферазы глутатиона всех классов гомодимерный ферменты (хотя известны и гетеродимерные изоферменты определенных классов). Мономеры складываются в двухдоменную конфигурацию, образуя активную структуру фермента. Эти глобулярные белки обладают N-концевой домен который состоит из смеси альфа-спиралей и бета-цепей, а С-концевой домен цельнозерновой.[3]

N-концевой домен содержит сайт связывания глутатиона и является высокоэффективным консервированный регион среди всех GST. Этот домен имеет состав, аналогичный тиоредоксинам, которые действуют как антиоксиданты, способствуя восстановлению других белков. Для сравнения, область, которая содержит наибольшую вариабельность между классами GST, содержится в спирали альфа-2 на С-концевом домене. Преимущественно альфа-спиральный С-концевой домен участвует в связывании гидрофобный субстраты (такие как гидрофобные части ксенобиотиков). Специфичность спирали альфа-2 проистекает из набора аминокислот в домене, который взаимодействует с остатком глицина глутатиона.[4]

Функции

Бактериальные трансферазы глутатиона специфичны для аэробных бактерий и в основном функционируют в детоксикация экзогенных соединений и снятие окислительного стресса.[4]

Роль в защите от окислительного стресса

Аэробные бактерии неизбежно склонны к образованию активных форм кислорода из-за природы их дыхание процессы. В нормальных условиях эти ROS стремятся поддерживать динамический баланс; однако этот баланс часто может быть нарушен биотическими или абиотическими стрессорами, такими как супероксидные радикалы, эндогенные липиды, гидроперекиси ДНК, перекись водорода, гидроксильные радикалы, и гидроксиалкенали. Следовательно, у этих чувствительных организмов есть внутренние механизмы защиты от окислительного повреждения; глутатион играет ключевую роль в большинстве этих антиоксидантных механизмов.[5]

После восстановления глутатион взаимодействует с этими активными формами кислорода и азота. Это взаимодействие катализируется GST, и их участие жизненно важно для успешного окисления глутатиона. GST связывают субстрат ROS на его гидрофобных альфа-спиральный С-концевой домен, а также восстановленный глутатион до своего сайта связывания глутатиона на N-концевом домене. Эти два домена соседствуют друг с другом на ферменте и вместе образуют активный сайт GST, где происходит окислительно-восстановительная реакция. Как только оба субстрата связываются в активном центре фермента, мономерный GST взаимодействует с другим связанным с субстратом мономером GST и катализирует дисульфидный мостик между двумя молекулами глутатиона. Это дает структуру активного димерного фермента. Активные формы кислорода затем отдают один электрон в молекулу глутатиона, завершая окислительно-восстановительную реакцию и делая ее неспособной к окислительному повреждению клетки.[5]

После завершения этой реакции глутатионредуктаза рециркулирует окисленный глутатион обратно в восстановленную форму, так что он снова может быть захвачен GST. Эта система глутатиона действует как главный окислительно-восстановительный буфер в аэробных бактериальных клетках, способствуя общему восстановлению клеточной среды цитозоль.[5]

Роль в детоксикации ксенобиотических веществ

Одна из основных ролей бактериальных трансфераз глутатиона заключается в снижении токсического воздействия ксенобиотиков на клетку с помощью II этап система детоксикации метаболизма. Ксенобиотики - это соединения, чужеродные для естественной биохимии бактерий, и фаза II их детоксикации включает конъюгирование их с полярными растворимыми соединениями, которые могут безопасно выводиться из клетки.[3]

GST важны в этом процессе, потому что они катализируют нуклеофильную атаку глутатиона на различные электрофильный остатки ксенобиотических субстратов, тем самым предотвращая их разрушение жизненно важных клеточных белков и нуклеиновых кислот. Подобно механизму, который используют GST для катализирования окислительно-восстановительных реакций, механизм детоксикации сначала включает связывание двух субстратов с ферментом. Мономер GST связывает молекулу глутатиона со своим N-концевым участком связывания глутатиона. На соседнем гидрофобном альфа-спиральном сайте связывания на С-концевом домене GST связывает гидрофобную молекулу ксенобиотика. Образование активного центра привлекает другой мономер GST для взаимодействия с системой, и ферменты димеризуются. Активный комплекс GST катализирует остаток -SH на глутатионе, чтобы выполнить нуклеофильную атаку на электрофильные атомы углерода, серы или азота ксенобиотического субстрата. Конъюгация глутатиона на ранее гидрофобно-токсичный субстрат приводит к растворимый соединение, которое клетка более легко подвергается экзоцитозу.[3]


Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Россджон, Джейми; Полехина, Галина; Feil, Susanne C; Аллокати, Нерино; Масулли, Микеле; Илио, Кармин Ди; Паркер, Майкл В. (июнь 1998 г.). «Смешанная дисульфидная связь в бактериальной глутатионтрансферазе: функциональные и эволюционные последствия». Структура. 6 (6): 721–734. Дои:10.1016 / S0969-2126 (98) 00074-4.
  2. ^ Лю С., Лю Ф., Цзя Х, Янь Й, Ван Х, Гуо Х, Сюй Б. 2016. Ген глутатион-S-трансферазы, связанный с антиоксидантными свойствами, выделенный из Apis cerana cerana. Научный национальный 103: 43[требуется проверка ]
  3. ^ а б c d е ж Лю, Шучан; Лю, Фэн; Цзя, Хайхун; Ян, Ян; Ван, Хунфан; Го, Синци; Сюй, Баохуа (28 апреля 2016 г.). «Ген глутатион-S-трансферазы, связанный с антиоксидантными свойствами, выделенный из Apis cerana cerana». Наука о природе. 103 (5–6): 43. Bibcode:2016SciNa.103 ... 43L. Дои:10.1007 / s00114-016-1362-3. PMID  27126403.
  4. ^ а б c d е Vuilleumier, S (март 1997 г.). «Бактериальные S-трансферазы глутатиона: для чего они нужны?». Журнал бактериологии. 179 (5): 1431–41. Дои:10.1128 / jb.179.5.1431-1441.1997. ЧВК  178850. PMID  9045797.
  5. ^ а б c d е Коуту, Нарцисо; Вуд, Дженнифер; Барбер, Джилл (июнь 2016 г.). «Роль глутатионредуктазы и родственных ферментов в сети редокс-гомеостаза клеток». Свободная радикальная биология и медицина. 95: 27–42. Дои:10.1016 / j.freeradbiomed.2016.02.028. PMID  26923386.

дальнейшее чтение

  • Лю, Шучан; Лю, Фэн; Цзя, Хайхун; Ян, Ян; Ван, Хунфан; Го, Синци; Сюй, Баохуа (2016). «Ген глутатион-S-трансферазы, связанный с антиоксидантными свойствами, выделен из Apis cerana cerana». Наука о природе. 103 (5–6): 43. Bibcode:2016SciNa.103 ... 43L. Дои:10.1007 / s00114-016-1362-3. PMID  27126403.
  • Hinchman, Cheri A .; Баллатори, Наззарено (1994). «Конъюгация глутатиона и превращение в меркаптуровую кислоту может происходить как внутрипеченочный процесс». Журнал токсикологии и гигиены окружающей среды. 41 (4): 387–409. Дои:10.1080/15287399409531852. PMID  8145281.