Глутатионсинтетаза - Glutathione synthetase

Глутатионсинтетаза
Глутатионсинтетаза 1M0W.png
Структура глутатионсинтетазы в дрожжи. Создано с 1M0W.[1]
Идентификаторы
СимволGSS
Ген NCBI2937
HGNC4624
OMIM601002
RefSeqNM_000178
UniProtP48637
Прочие данные
Номер ЕС6.3.2.3
LocusChr. 20 q11.2
Эукариотическая глутатион-синтаза
PDB 2hgs EBI.jpg
Синтетаза глутатиона человека
Идентификаторы
СимволGSH_synthase
PfamPF03199
Pfam кланCL0483
ИнтерПроIPR004887
SCOP22hgs / Объем / СУПФАМ
глутатион-синтаза
2hgs.jpg
димер глутатионсинтетазы, человек
Идентификаторы
Номер ЕС6.3.2.3
Количество CAS9023-62-5
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Эукариотическая глутатион-синтаза, АТФ-связывающий домен
PDB 2hgs EBI.jpg
Синтетаза глутатиона человека
Идентификаторы
СимволGSH_synth_ATP
PfamPF03917
ИнтерПроIPR005615
SCOP21 мес. / Объем / СУПФАМ
Прокариотическая глутатионсинтетаза, N-концевой домен
PDB 1gsh EBI.jpg
Структура глутатионсинтетазы Escherichia coli при pH 7,5
Идентификаторы
СимволGSH-S_N
PfamPF02951
ИнтерПроIPR004215
SCOP21glv / Объем / СУПФАМ
Прокариотическая глутатионсинтетаза, АТФ-домен
PDB 1gsh EBI.jpg
Структура глутатионсинтетазы Escherichia coli при pH 7,5
Идентификаторы
СимволGSH-S_ATP
PfamPF02955
Pfam кланCL0179
ИнтерПроIPR004218
SCOP21glv / Объем / СУПФАМ

Глутатионсинтетаза (GSS) (EC 6.3.2.3) - второй фермент в глутатион (GSH) путь биосинтеза. Катализирует конденсацию гамма-глутамилцистеин и глицин, чтобы сформировать глутатион.[2] Глутатионсинтетаза также является мощным антиоксидантом. Он встречается у многих видов, включая бактерии, дрожжи, млекопитающих и растения.[3]

У человека дефекты GSS наследуются аутосомно-рецессивный образом и являются причиной серьезных Метаболический ацидоз, 5-оксопролинурия, повышенная скорость гемолиз, и неисправная функция Центральная нервная система.[4] Недостаток GSS может вызывать целый спектр пагубных симптомов как у растений, так и у людей.[5]

В эукариоты, это гомодимерный фермент. Субстрат-связывающий домен имеет трехслойную альфа /бета /альфа структура.[6] Этот фермент утилизирует и стабилизирует промежуточный ацилфосфат для последующего благоприятного нуклеофильная атака из глицин.

Структура

Синтетазы глутатиона человека и дрожжей являются гомодимеры, то есть они состоят из двух одинаковых подразделения сам по себе нековалентно связаны друг с другом. С другой стороны, Кишечная палочка глутатионсинтетаза - это гомотетрамер.[3] Тем не менее, они являются частью АТФ-захвата. надсемейство, который состоит из 21 фермента, содержащего АТФ-складку.[7] Каждая субъединица взаимодействует друг с другом через альфа спираль и бета-лист водородная связь взаимодействий и содержит два домена. Один домен облегчает механизм захвата АТФ[8] а другой - каталитический активный сайт за γ-глутамилцистеин. В АТФ-захватная складка консервативен в суперсемействе АТФ-захват и характеризуется двумя альфа-спиралями и бета-слоями, которые держатся за молекулу АТФ между ними.[9] Домен, содержащий активный сайт, демонстрирует интересные свойства специфичности. В отличие от γ-глутамилцистеинсинтетазы, глутатионсинтетаза принимает большое количество модифицированных глутамилом аналогов γ-глутамилцистеина, но гораздо более специфична для аналогов γ-глутамилцистеина, модифицированных цистеином.[10] Кристаллические структуры показали, что глутатионсинтетаза связана с GSH, ADP, двумя магний ионы и сульфат-ион.[11] Два иона магния стабилизируют промежуточный ацилфосфат, способствуют связыванию АТФ и активируют удаление фосфатной группы из АТФ. Сульфат-ион служит заменой неорганического фосфата, как только промежуточный ацилфосфат образуется внутри активного центра.[6]

Ключевые остатки, которые взаимодействуют с АТФ рядом с активным центром. Ионы магния показаны черным цветом. Сгенерировано из 2HGS.[6]

На конец 2007 года 7 структуры были решены для этого класса ферментов, с PDB коды доступа 1GLV, 1GSA, 1ГШ, 1М0Т, 1M0W, 2GLT, и 2HGS.

Механизм

Глутатион-синтаза катализирует то химическая реакция

АТФ + гамма-L-глутамил-L-цистеин + глицин АДФ + фосфат + глутатион

3 субстраты этого фермента АТФ, гамма-L-глутамил-L-цистеин, и глицин, а его 3 товары находятся ADP, фосфат, и глутатион.

Этот фермент принадлежит к семейству лигазы особенно те, которые образуют связи углерод-азот в виде лигаз кислота-D-аминокислота (пептидные синтазы). В систематическое название этого класса ферментов гамма-L-глутамил-L-цистеин: глицинлигаза (АДФ-образующая). Другие широко используемые имена включают глутатионсинтетаза, и GSH синтетаза. Этот фермент участвует в метаболизм глутамата и метаболизм глутатиона. По крайней мере одно соединение, Фосфинат известно подавлять этот фермент.

Биосинтетические механизмы для синтетазы использовать энергию из нуклеозидтрифосфаты, в то время как синтазы не.[12] Глутатионсинтетаза остается верной этому правилу, поскольку использует энергию, генерируемую АТФ. Первоначально карбоксилат группа на γ-глутамилцистеине превращается в ацил фосфат путем переноса неорганической фосфатной группы АТФ с образованием промежуточного ацилфосфата. Затем аминогруппа глицина участвует в нуклеофильной атаке, вытесняя фосфатную группу и образуя GSH.[13] После того, как окончательный продукт GSH будет изготовлен, он может использоваться глутатионпероксидаза нейтрализовать активные формы кислорода (ROS), например H2О2 или же S-трансферазы глутатиона в детоксикации ксенобиотики.[7]

Механизм реакции биосинтеза GSH.[14] Глутамат и цистеин боковые цепи показаны красным и зеленым цветом соответственно.

Функция

Глутатионсинтетаза важна для множества биологических функций многих организмов. В Arabidopsis thaliana, низкие уровни глутатионсинтетазы привели к повышенной уязвимости к стрессовым факторам, таким как тяжелые металлы, токсичные органические химические вещества и окислительный стресс.[15] Наличие тиол функциональная группа позволяет его продукту GSH служить как эффективным окисляющий и Восстановитель во многих биологических сценариях. Тиолы могут легко принять пару электронов и стать окисленный к дисульфиды, а дисульфиды легко уменьшенный для регенерации тиолов. Кроме того, тиоловая боковая цепь цистеинов служит мощным нуклеофилы и реагировать с окислителями и электрофильными частицами, которые в противном случае могли бы вызвать повреждение клетки.[16] Взаимодействие с некоторыми металлами также стабилизирует тиолатные промежуточные соединения.[17]

У людей глутатион-синтетаза действует аналогичным образом. Его продукт GSH участвует в клеточных путях, участвующих в гомеостазе и поддержании клеток. Например, глутатионпероксидазы катализировать окисление GSH до дисульфид глутатиона (GSSG) за счет уменьшения количества свободных радикалов и активных форм кислорода, таких как перекись водорода.[18] Глутатион S-трансфераза использует GSH для очистки различных метаболитов, ксенобиотиков и электрофилов, чтобы меркаптураты для выведения.[19] Из-за своей антиоксидантной роли GSS в основном продуцирует GSH внутри цитоплазмы клеток печени и импортируется в митохондрии, где происходит детоксикация.[20] GSH также важен для активации иммунной системы для создания надежных защитных механизмов от вторжения патогенов.[19] GSH способен предотвращать заражение вирусом гриппа.[21][22]

Глутатион (GSH) синтезируется в цитоплазме клеток печени и импортируется в митохондрии где он функционирует как кофактор для ряда антиоксидант и детоксифицирующие ферменты.[20]

Клиническое значение

Пациенты с мутациями в GSS ген развивается дефицит глутатионсинтетазы (GSS), аутосомно-рецессивное заболевание.[23] У пациентов развивается широкий спектр симптомов в зависимости от тяжести мутаций. У пациентов с легким поражением наблюдается компенсированная гемолитическая анемия, поскольку мутации влияют на стабильность фермента. У людей с умеренным и тяжелым поражением есть ферменты с дисфункциональными каталитическими центрами, что делает их неспособными участвовать в реакциях детоксикации. Физиологические симптомы включают: Метаболический ацидоз, неврологические дефекты и повышенная восприимчивость к патогенным инфекциям.[4]

Лечение лиц с дефицит глутатионсинтетазы обычно включают терапевтическое лечение для устранения легких и тяжелых симптомов и состояний. Чтобы лечить Метаболический ацидоз, серьезно пораженным пациентам дают большое количество бикарбонат и антиоксиданты Такие как витамин Е и Витамин С.[24] В легких случаях аскорбат и N-ацетилцистеин было показано увеличение глутатион уровни и повышение эритроцит производство.[25] Важно отметить, что из-за того, что дефицит глутатион-синтетазы настолько редок, он плохо изучен. Заболевание также проявляется в спектре, поэтому его еще труднее выделить среди немногих возникающих случаев.[26]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Гогос А., Шапиро Л. (декабрь 2002 г.). «Большие конформационные изменения в каталитическом цикле глутатионсинтазы». Структура. 10 (12): 1669–76. Дои:10.1016 / S0969-2126 (02) 00906-1. PMID  12467574.
  2. ^ Ньолссон Р., Норгрен С. (2005). «Физиологические и патологические аспекты метаболизма GSH». Acta Paediatr. 94 (2): 132–7. Дои:10.1080/08035250410025285. PMID  15981742.
  3. ^ а б Ли Х, Сюй Х, Грэм Д., Уайт Р. Х. (август 2003 г.). «Гомологи глутатионсинтетазы кодируют альфа-L-глутамат-лигазы для биосинтеза метаногенного кофермента F420 и тетрагидросарцинаптерина». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 100 (17): 9785–90. Bibcode:2003ПНАС..100.9785Л. Дои:10.1073 / pnas.1733391100. ЧВК  187843. PMID  12909715.
  4. ^ а б Ньолссон Р. (сентябрь 2005 г.). «Недостаток глутатионсинтетазы». Клеточные и молекулярные науки о жизни. 62 (17): 1938–45. Дои:10.1007 / s00018-005-5163-7. PMID  15990954. S2CID  59244.
  5. ^ О'Нил М. «Дефицит глутатион-синтетазы». Онлайн-менделевское наследование в человеке.
  6. ^ а б c Полехина Г., Борд П.Г., Гали Р.Р., Россджон Дж., Паркер М.В. (июнь 1999 г.). «Молекулярная основа дефицита глутатионсинтетазы и редкое событие перестановки генов». Журнал EMBO. 18 (12): 3204–13. Дои:10.1093 / emboj / 18.12.3204. ЧВК  1171401. PMID  10369661.
  7. ^ а б Банерджи Р. (2007). «Антиоксидантные молекулы и окислительно-восстановительные факторы». Редокс-биохимия. Хобокен, штат Нью-Джерси: Wiley. п. 16. ISBN  978-0-471-78624-5.
  8. ^ Фаваз М.В., Топпер М.Э., Firestine SM (декабрь 2011 г.). «Ферменты АТФ-захвата». Биоорганическая химия. 39 (5–6): 185–91. Дои:10.1016 / j.bioorg.2011.08.004. ЧВК  3243065. PMID  21920581.
  9. ^ Файф П.К., Алфей М.С., Хантер В.Н. (апрель 2010 г.). «Структура глутатион-синтетазы Trypanosoma brucei: изменения домена и петли в каталитическом цикле высококонсервативного фермента». Молекулярная и биохимическая паразитология. 170 (2): 93–9. Дои:10.1016 / j.molbiopara.2009.12.011. ЧВК  2845819. PMID  20045436.
  10. ^ Гальперин М.Ю., Кунин Е.В. (1997). «Разнообразное суперсемейство ферментов с АТФ-зависимой карбоксилат-аминной / тиоллигазной активностью». Белковая наука. 6 (12): 2639–43. Дои:10.1002 / pro.5560061218. ЧВК  2143612. PMID  9416615.
  11. ^ Мейстер А (1978). «Текущее состояние γ-глутамилового цикла». В Wendel A, Sies H (ред.). Функции глутатиона в печени и почках. Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. п. 49. ISBN  978-3-642-67132-6.
  12. ^ Хара Т, Като Х, Кацубе Й, Ода Дж (сентябрь 1996 г.). «Четвертичный комплекс pseudo-michaelis в обратной реакции лигазы: структура глутатион-синтетазы Escherichia coli B в комплексе с АДФ, глутатионом и сульфатом с разрешением 2,0 A». Биохимия. 35 (37): 11967–74. Дои:10.1021 / bi9605245. PMID  8810901.
  13. ^ «Синтазы и лигазы». Совместная комиссия IUPAC-IUB по биохимической номенклатуре (JCBN) и Номенклатурная комиссия IUB (NC-IUB), Информационный бюллетень. 1984. Архивировано с оригинал на 2012-10-15. Получено 2016-03-02.
  14. ^ Эррера К., Кахун Р. Э., Кумаран С., Джез Дж. (Июнь 2007 г.). «Механизм реакции глутатионсинтетазы из Arabidopsis thaliana: сайт-направленный мутагенез остатков активного сайта». Журнал биологической химии. 282 (23): 17157–65. Дои:10.1074 / jbc.M700804200. PMID  17452339.
  15. ^ Мойер AM, Sun Z, Batzler AJ, Li L, Schaid DJ, Yang P, Weinshilboum RM (март 2010 г.). «Генетический полиморфизм пути глутатиона и выживаемость при раке легких после химиотерапии на основе платины». Эпидемиология, биомаркеры и профилактика рака. 19 (3): 811–21. Дои:10.1158 / 1055-9965.EPI-09-0871. ЧВК  2837367. PMID  20200426.
  16. ^ Сян Ц., Вернер Б.Л., Кристенсен Е.М., Оливер Д.Д. (июнь 2001 г.). «Пересмотр биологических функций глутатиона в трансгенных растениях арабидопсиса с измененными уровнями глутатиона». Физиология растений. 126 (2): 564–74. Дои:10.1104 / стр. 126.2.564. ЧВК  111149. PMID  11402187.
  17. ^ Конте М.Л., Кэрролл К.С. (14 февраля 2013 г.). «Химия окисления и обнаружения тиолов» (PDF). Окислительный стресс и редокс-регуляция. С. 1–42. Дои:10.1007/978-94-007-5787-5_1. ISBN  978-94-007-5786-8.
  18. ^ Судзуки Н., Хигучи Т., Нагано Т. (август 2002 г.). «Множественные активные промежуточные соединения в реакции окисления, катализируемой синтетическим гем-тиолатным комплексом, относящимся к цитохрому p450». Журнал Американского химического общества. 124 (32): 9622–8. Дои:10.1021 / ja0115013. PMID  12167058.
  19. ^ а б Fang YZ, Yang S, Wu G (октябрь 2002 г.). «Свободные радикалы, антиоксиданты и питание». Питание. 18 (10): 872–9. Дои:10.1016 / S0899-9007 (02) 00916-4. PMID  12361782.
  20. ^ а б Рибас V, Гарсия-Руис C, Фернандес-Чека JC (июль 2014 г.). «Глутатион и митохондрии». Границы фармакологии. 5: 151. Дои:10.3389 / fphar.2014.00151. ЧВК  4079069. PMID  25024695.
  21. ^ Townsend DM, Tew KD, Tapiero H (2003). «Важность глутатиона при заболеваниях человека». Биомедицина и фармакотерапия. 57 (3–4): 145–55. Дои:10.1016 / S0753-3322 (03) 00043-X. ЧВК  6522248. PMID  12818476.
  22. ^ Цай Дж, Чен Й, Сет С., Фурукава С., Compans RW, Джонс Д.П. (апрель 2003 г.). «Подавление гриппозной инфекции глутатионом». Свободная радикальная биология и медицина. 34 (7): 928–36. Дои:10.1016 / S0891-5849 (03) 00023-6. PMID  12654482.
  23. ^ Ристофф Э., Маятепек Э., Ларссон А. (июль 2001 г.). «Долгосрочные клинические результаты у пациентов с дефицитом глутатионсинтетазы». Журнал педиатрии. 139 (1): 79–84. Дои:10.1067 / mpd.2001.114480. PMID  11445798.
  24. ^ Краут Дж. А., Мадиас Н. Э. (май 2010 г.). «Метаболический ацидоз: патофизиология, диагностика и лечение». Обзоры природы. Нефрология. 6 (5): 274–85. Дои:10.1038 / nrneph.2010.33. PMID  20308999. S2CID  205512465.
  25. ^ Джейн А., Буист Н.Р., Кеннауэй Н.Г., Пауэлл Б.Р., Олд, Пенсильвания, Мартенсон Дж. (Февраль 1994 г.). «Эффект лечения аскорбатом или N-ацетилцистеином у пациента с наследственной недостаточностью глутатионсинтетазы». Журнал педиатрии. 124 (2): 229–33. Дои:10.1016 / S0022-3476 (94) 70309-4. PMID  8301428.
  26. ^ Ристофф Э., Ларссон А (2007). «Врожденные ошибки метаболизма глутатиона». Журнал редких заболеваний Orphanet. 2: 16. Дои:10.1186/1750-1172-2-16. ЧВК  1852094. PMID  17397529.
  • Закон М.Ю., Холливелл Б. (1986). «Очистка и свойства глутатионсинтетазы из листьев (Spinacia oleracea)». Завод науки. 43 (3): 185–191. Дои:10.1016/0168-9452(86)90016-6.
  • Macnicol PK (1987). «Гомоглутатион и глутатионсинтетазы проростков бобовых - частичная очистка и субстрат-специфичность». Завод науки. 53 (3): 229–235. Дои:10.1016/0168-9452(87)90159-2.

внешняя ссылка