Гликозилтрансфераза - Glycosyltransferase

Большинство ферментов гликозилтрансфераз образуют одну из двух складок: GT-A или GT-B.

Гликозилтрансферазы (GTF, Gtfs) находятся ферменты (EC 2.4 ), которые устанавливают естественные гликозидные связи. Они катализировать передача сахарид части из активированного нуклеотидный сахар (также известный как "гликозильный донор ") к нуклеофильный гликозильный акцептор молекула, нуклеофил которой может быть кислород - углерод -, азот -, или же сера -основан.[1]

Результатом переноса гликозила может быть углевод, гликозид, олигосахарид, или полисахарид. Некоторые гликозилтрансферазы катализируют перенос в неорганический фосфат или же воды. Перенос гликозила также может происходить белок остатки, обычно тирозин, серин, или же треонин дать O-связанный гликопротеины, или в аспарагин дать N-связанные гликопротеины. Маннозильные группы могут быть перенесены на триптофан чтобы генерировать C-маннозил триптофан, которого относительно много у эукариот. Трансферазы также могут использовать липиды как акцептор, образующий гликолипиды и даже используют липидно-связанные доноры сахарного фосфата, такие как долихол фосфаты.

Гликозилтрансферазы, использующие доноры сахарных нуклеотидов: Ферменты Leloir, после Луис Ф. Лелуар, ученый, открывший первый сахарный нуклеотид и получивший в 1970 г. Нобелевская премия по химии за работу по углеводному обмену. Гликозилтрансферазы, использующие ненуклеотидные доноры, такие как долихол или же полипренол пирофосфат находятся гликозилтрансферазы, не относящиеся к Leloir.

Млекопитающие используют только 9 доноров сахарных нуклеотидов для гликозилтрансфераз:[2] UDP-глюкоза, UDP-галактоза, UDP-GlcNAc, UDP-GalNAc, UDP-ксилоза, UDP-глюкуроновая кислота, ВВП-манноза, ВВП-фукоза, и CMP-сиаловая кислота. Фосфат (ы) этих донорных молекул обычно координируется двухвалентными катионами, такими как марганец, однако существуют ферменты, не зависящие от металла.

Многие гликозилтрансферазы однопроходные трансмембранные белки, и они обычно прикреплены к мембранам аппарат Гольджи[3]

Механизм

Гликозилтрансферазные механизмы.png

Гликозилтрансферазы можно разделить на «удерживающие» или «инвертирующие» ферменты в зависимости от того, сохраняется ли стереохимия аномерной связи донора (α → α) или инвертируется (α → β) во время переноса. Механизм инвертирования прост и требует однократной нуклеофильной атаки принимающего атома для инвертирования стереохимии.

Механизм удержания был предметом дискуссий, но существуют веские доказательства против механизма двойного смещения (который может вызвать две инверсии аномерного углерода для чистого удержания стереохимии) или диссоциативного механизма (распространенный вариант которого был известен как СНи). Был предложен «ортогональный ассоциативный» механизм, который, подобно инвертирующим ферментам, требует только однократной нуклеофильной атаки акцептора под нелинейным углом (как наблюдается во многих кристаллических структурах) для достижения удержания аномера.[4]

Обратимость реакции

Недавнее открытие обратимости многих реакций, катализируемых инвертированием гликозилтрансфераз, послужило сдвигом парадигмы в этой области и поднимает вопросы относительно обозначения сахарных нуклеотидов как «активированных» доноров.[5][6][7][8][9]

Классификация по последовательности

Методы классификации на основе последовательностей оказались мощным способом создания гипотез о функции белков на основе сопоставления последовательностей с родственными белками. База данных углеводно-активных ферментов представляет собой основанную на последовательностях классификацию гликозилтрансфераз на более чем 90 семейств.[10] Ожидается, что такая же трехмерная складка будет внутри каждого из семейств.[11]

Структура

В отличие от разнообразия трехмерных структур, наблюдаемого для гликозидгидролазы, гликозилтрансферазы имеют гораздо меньший набор структур.[12][13] Фактически, согласно Структурная классификация белков В базе данных для гликозилтрансфераз наблюдались только три различных укладки[14] Совсем недавно была идентифицирована новая гликозилтрансферазная складка для гликозилтрансфераз, участвующих в биосинтезе полимерной основы NAG-NAM. пептидогликан.[15]

Ингибиторы

Известны многие ингибиторы гликозилтрансфераз. Некоторые из них являются натуральными продуктами, такими как моеномицин, ингибитор пептидогликановых гликозилтрансфераз, никкомицины, ингибиторы хитинсинтазы и эхинокандины, ингибиторы грибковых b-1,3-глюкансинтаз. Некоторые ингибиторы гликозилтрансферазы используются в качестве лекарств или антибиотиков. Моеномицин используется в кормах для животных в качестве стимулятора роста. Каспофунгин был разработан на основе эхинокандинов и используется как противогрибковое средство. Этамбутол является ингибитором микобактериальных арабинотрансфераз и используется для лечения туберкулеза. Луфенурон является ингибитором хитинсинтаз насекомых и используется для борьбы с блохами у животных. Имидазолий синтетические ингибиторы гликозилтрансфераз на основе были разработаны для использования в качестве противомикробных и антисептических агентов.[16]

Определитель группы крови

Семейство гликозилтрансфераз 6
Идентификаторы
СимволGT6
PfamPF03414
ИнтерПроIPR005076
OPM суперсемейство199
Белок OPM2rj6
Мембранома468
Основная статья: Гликопротеин-фукозилгалактозид a-N-ацетилгалактозаминилтрансфераза

В Система групп крови ABO определяется тем, какой тип гликозилтрансфераз экспрессируется в организме.

НПА генный локус экспрессирующие гликозилтрансферазы имеют три основных аллельных формы: A, B и O. Аллель A кодирует 1-3-N-ацетилгалактозаминилтрансферазу, которая связывает α-N-ацетилгалактозамин к D-галактозному концу H-антигена, продуцируя A-антиген. Аллель B кодирует 1-3-галактозилтрансферазу, которая соединяет α-D-галактозу, связанную с концом D-галактозы H-антигена, создавая B-антиген. В случае аллеля O экзон 6 содержит делецию, которая приводит к потере ферментативной активности. Аллель O немного отличается от аллеля A делецией одного нуклеотида - Гуанин в позиции 261. Удаление вызывает сдвиг рамки и приводит к трансляции почти полностью другого белка, у которого отсутствует ферментативная активность. Это приводит к тому, что H-антиген остается неизменным в случае O-групп.

Комбинация гликозилтрансфераз по обоим аллелям, присутствующим у каждого человека, определяет его группу крови AB, A, B или O.

Использует

Гликозилтрансферазы широко используются как в целевом синтезе конкретных гликоконъюгатов, так и в синтезе дифференциально гликозилированных библиотек лекарственных средств, биологических зондов или природных продуктов в контексте открытие лекарств и разработка лекарств (процесс, известный как гликорандомизация ).[17] Подходящие ферменты можно выделить из природных источников или получить рекомбинантно. В качестве альтернативы были разработаны целые клеточные системы, использующие либо эндогенные гликозильные доноры, либо клеточные системы, содержащие клонированные и экспрессированные системы для синтеза гликозильных доноров. В бесклеточных подходах крупномасштабное применение гликозилтрансфераз для синтеза гликоконъюгатов требует доступа к большим количествам доноров гликозила. С другой стороны, были разработаны системы рециркуляции нуклеотидов, которые позволяют ресинтез гликозильных доноров из высвобожденного нуклеотида. Подход с рециркуляцией нуклеотидов имеет дополнительное преимущество, заключающееся в уменьшении количества нуклеотидов, образующихся в качестве побочного продукта, тем самым уменьшая степень ингибирования, вызываемого интересующей гликозилтрансферазой - обычно наблюдаемой особенности побочного продукта нуклеотидов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уильямс, GJ; Торсон, Дж.С. (2009). Натуральные гликозилтрансферазы: свойства и применение. Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. 76. С. 55–119. Дои:10.1002 / 9780470392881.ch2. ISBN  9780470392881. PMID  18990828.
  2. ^ Эцлер М.Э., Варки А., Каммингс Р.Л., Эско Дж. Д., Фриз Х. Х., Харт Г. В., ред. (2008). Основы гликобиологии (2-е изд.). Плейнвью, Нью-Йорк: Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. ISBN  978-0-87969-770-9.
  3. ^ Трансферазы в База данных мембран.
  4. ^ Шуман Б., Эванс С.В., Fyles TM (август 2013 г.). «Геометрические атрибуты удерживающих ферментов гликозилтрансферазы поддерживают ортогональный механизм». PLoS ONE. 8 (8): e71077. Дои:10.1371 / journal.pone.0071077. ЧВК  3731257. PMID  23936487.
  5. ^ Чжан, К; Гриффит, BR; Fu, Q; Альберманн, C; Fu, X; Ли, И. К.; Ли, Л; Торсон, Дж.С. (1 сентября 2006 г.). «Использование обратимости реакций, катализируемых гликозилтрансферазой природного продукта». Наука. 313 (5791): 1291–4. Дои:10.1126 / science.1130028. PMID  16946071.
  6. ^ Чжан, К; Альберманн, C; Fu, X; Thorson, JS (27 декабря 2006 г.). «Исследование in vitro повторяющейся авермектингликозилтрансферазы AveBI выявляет обратимость реакции и гибкость сахарных нуклеотидов». Журнал Американского химического общества. 128 (51): 16420–1. Дои:10.1021 / ja065950k. PMID  17177349.
  7. ^ Чжан, К; Fu, Q; Альберманн, C; Ли, Л; Thorson, JS (5 марта 2007 г.). «Характеристика in vitro эритронолидмикарозилтрансферазы EryBV и ее полезность в диверсификации макролидов». ChemBioChem: Европейский журнал химической биологии. 8 (4): 385–90. Дои:10.1002 / cbic.200600509. PMID  17262863.
  8. ^ Чжан, К; Моретти, Р.; Цзян, Дж; Торсон, Дж.С. (13 октября 2008 г.). «Исследование полиеновых гликозилтрансфераз AmphDI и NysDI in vitro». ChemBioChem: Европейский журнал химической биологии. 9 (15): 2506–14. Дои:10.1002 / cbic.200800349. ЧВК  2947747. PMID  18798210.
  9. ^ Gantt, RW; Peltier-Pain, P; Курнуайе, WJ; Торсон, Дж.С. (21 августа 2011 г.). «Использование простых доноров для управления равновесием реакций, катализируемых гликозилтрансферазой». Природа Химическая Биология. 7 (10): 685–91. Дои:10.1038 / nchembio.638. ЧВК  3177962. PMID  21857660.
  10. ^ CAZypedia Гликозилтрансферазы
  11. ^ CAZy гликозилтрансфераза
  12. ^ Сингх, S; Филлипс Г.Н., младший; Торсон, Дж.С. (октябрь 2012 г.). «Структурная биология ферментов, участвующих в гликозилировании природных продуктов». Отчеты о натуральных продуктах. 29 (10): 1201–37. Дои:10.1039 / c2np20039b. ЧВК  3627186. PMID  22688446.
  13. ^ Чанг, А; Сингх, S; Филлипс Г.Н., младший; Торсон, Дж.С. (декабрь 2011 г.). «Структурная биология гликозилтрансферазы и ее роль в разработке катализаторов гликозилирования». Текущее мнение в области биотехнологии. 22 (6): 800–8. Дои:10.1016 / j.copbio.2011.04.013. ЧВК  3163058. PMID  21592771.
  14. ^ SCOP: структурная классификация белков
  15. ^ Ловеринг А.Л., де Кастро Л.Х., Лим Д., Стринадка, Северная Каролина (март 2007 г.). «Структурное понимание стадии трансгликозилирования биосинтеза бактериальной клеточной стенки». Наука. 315 (5817): 1402–5. Дои:10.1126 / science.1136611. PMID  17347437.
  16. ^ Кочев, А; Меламед, Дж; Ван, S; Kong, X; Vlahakis, JZ; Сюй, Y; Szarek, WA; Брокгаузен, I (июнь 2020 г.). «Ингибирование роста бактерий и активности галактозилтрансферазы WbwC с помощью солей α, ω-бис (3-алкил-1H-имидазолия) алканов: влияние изменения содержания углерода». Биоорганическая и медицинская химия. 28 (11): 115494. doi:10.1016 / j.bmc.2020.115494. PMID 32312486.
  17. ^ Gantt, RW; Peltier-Pain, P; Торсон, Дж.С. (октябрь 2011 г.). «Ферментативные методы глико (диверсификация / рандомизация) лекарственных средств и малых молекул». Отчеты о натуральных продуктах. 28 (11): 1811–53. Дои:10.1039 / c1np00045d. PMID  21901218.