Транскетолаза - Transketolase

транскетолаза
Идентификаторы
Номер ЕС2.2.1.1
Количество CAS9014-48-6
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
транскетолаза
E4P в Transketolase Active Site.jpg
Идентификаторы
СимволТКТ
Ген NCBI7086
HGNC11834
OMIM606781
RefSeqNM_001064
UniProtP29401
Прочие данные
Номер ЕС2.2.1.1
LocusChr. 3 стр. 14.3

Транскетолаза кодируется геном TKT, является фермент как пентозофосфатный путь во всех организмах и Цикл Кальвина из фотосинтез. Он катализирует две важные реакции, которые действуют в противоположных направлениях по этим двум направлениям. В первой реакции неокислительного пентозофосфатного пути кофактор тиаминдифосфат принимает 2-углеродный фрагмент из 5-углеродной кетозы (D-ксилулоза-5-P ), затем переводит этот фрагмент в 5-углеродную альдозу (D-рибоза-5-P ) с образованием 7-углеродной кетозы (седогептулоза-7-П ). Отделение двух атомов углерода от D-ксилулозы-5-P дает 3-углеродную альдозу. глицеральдегид-3-P. В цикле Кальвина транскетолаза катализирует обратную реакцию, превращение седогептулозы-7-P и глицеральдегида-3-P в пентозы, альдозу D-рибозу-5-P и кетозу D-ксилулозу-5-P.

Вторая реакция, катализируемая транскетолазой в пентозофосфатном пути, включает тот же опосредованный тиаминдифосфатом перенос 2-углеродного фрагмента от D-ксилулозы-5-P к альдозе. эритрозо-4-фосфат, предоставляя фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-П. Опять же, в цикле Кальвина происходит точно такая же реакция, но в противоположном направлении. Более того, в цикле Кальвина это первая реакция, катализируемая транскетолазой, а не вторая.

У млекопитающих транскетолаза связывает пентозофосфатный путь с гликолиз, подавая избыток сахарных фосфатов в основные пути метаболизма углеводов. Его наличие необходимо для производства НАДФН, особенно в тканях, активно участвующих в биосинтезе, таком как синтез жирных кислот печень и молочные железы, и для стероидный препарат синтез печень и надпочечники. Тиаминдифосфат является важным кофактором наряду с кальций.

Транскетолаза широко экспрессируется у млекопитающих. роговица посредством стромальные кератоциты и эпителиальных клеток и считается одним из роговичных кристаллины.[1]

Распространение видов

Транскетолаза широко экспрессируется в широком спектре организмов, включая бактерии, растения и млекопитающих. Следующие гены человека кодируют белки с транскетолазной активностью:

  • ТКТ (транскетолаза)
  • TKTL1 (транскетолазеподобный белок 1)
  • TKTL2 (транскетолазеподобный белок 2)

Структура

Вход в активный сайт поскольку этот фермент состоит в основном из нескольких аргинин, гистидин, серин, и аспартат боковые цепи, с глутамат боковая цепь играет второстепенную роль. Эти боковые цепи, а именно Arg359, Arg528, His469 и Ser386, консервативны внутри каждого фермента транскетолазы и взаимодействуют с фосфат группа донора и акцептора субстраты. Поскольку канал субстрата настолько узкий, субстраты донора и акцептора не могут быть связаны одновременно. Кроме того, субстраты принимают слегка вытянутую форму после связывания в активном сайте, чтобы приспособиться к этому узкому каналу.

Хотя этот фермент способен связывать различные типы субстратов, такие как фосфорилированные и нефосфорилированные. моносахариды в том числе кето и альдосахара фруктоза, рибоза и др., он имеет высокую специфичность для стереоконфигурации гидроксил группы сахаров. Эти гидроксильные группы в C-3 и C-4 кетоза донор должен быть в D-трео конфигурация для правильного соответствия положениям C-1 и C-2 на альдоза акцептор.[2] Они также стабилизируют субстрат в активном центре, взаимодействуя с остатками Asp477, His30 и His263. Нарушение этой конфигурации, как размещение гидроксильных групп, так и их стереохимия, следовательно, приведет к изменению водородной связи между остатками и субстратами, что приведет к снижению сродства к субстратам.

В первой половине этого пути His263 используется для эффективного удаления C3-гидроксила. протон, что, таким образом, позволяет отщеплять 2-углеродный сегмент от фруктозо-6-фосфат.[3] В кофактор необходимо для выполнения этого шага тиаминпирофосфат (ТПП). Связывание TPP с ферментом не вызывает серьезных конформационных изменений фермента; вместо этого фермент имеет две гибкие петли в активном центре, которые делают TPP доступным и связывающим его.[2] Таким образом, это позволяет активному сайту иметь «закрытую» конформацию, а не большое конформационное изменение. Позже на этом пути His263 используется в качестве донора протонов для комплекса акцептор субстрата-ТФП, который затем может генерировать эритрозо-4-фосфат.

Боковые цепи гистидина и аспартата используются для эффективной стабилизации субстрата в активном центре, а также участвуют в депротонирование субстрата. Чтобы быть конкретным, боковые цепи His 263 и His30 образуют водородные связи с альдегид конец субстрата, который находится наиболее глубоко в канале субстрата, и Asp477 образует водородные связи с альфа-гидроксильной группой на субстрате, где он работает, чтобы эффективно связывать субстрат и проверять правильность стереохимии. Также считается, что Asp477 может иметь важные каталитические эффекты из-за его ориентации в середине активного центра и его взаимодействий с альфа-гидроксильной группой субстрата. Glu418, который расположен в самой глубокой области активного центра, играет важную роль в стабилизации кофактора TPP. Точнее говоря, он участвует в отщеплении протона от молекулы субстрата с помощью кофактора.[2]

Фосфатная группа субстрата также играет важную роль в стабилизации субстрата при его входе в активный центр. Плотный ионный и полярный взаимодействия между этой фосфатной группой и остатками Arg359, Arg528, His469 и Ser386 в совокупности работают на стабилизацию субстрата, образуя Н-связи с атомами кислорода фосфата.[2] Ионная природа обнаруживается в соляной мост образован от Arg359 до фосфатной группы.

Механизм

Катализ этого механизма инициируется депротонированием ТФФ по тиазолиевому кольцу. Этот карбанион затем привязывается к карбонил донорной подложки, тем самым разрывая связь между C-2 и C-3. Этот кето-фрагмент остается ковалентно связанным с углеродом C-2 TPP. Затем донорный субстрат высвобождается, и акцепторный субстрат входит в активный центр, где фрагмент, который связан с промежуточным α-β-дигидроксиэтилтиаминдифосфатом, затем переносится на акцептор.[2]

Механизм превращения фруктозо-6-фосфата в ксилулозо-5-фосфат в активном центре транскетолазыГруппы R в Transketolase Mechanism.png

Также были проведены эксперименты, проверяющие эффект замены аланина на аминокислоты на входе в активный центр - Arg359, Arg528 и His469, которые взаимодействуют с фосфатной группой субстрата. Эта замена создает мутант фермент с нарушенной каталитической активностью.[2]

Роль в болезни

Активность транскетолазы снижается при дефиците тиамина, что в основном связано с недоедание. С дефицитом тиамина связаны несколько заболеваний, в том числе: бери-бери, биотин-тиамин-зависимая болезнь базальных ганглиев,[4] Синдром Вернике – Корсакова, и другие (см. тиамин для исчерпывающего списка).

При синдроме Вернике-Корсакова, хотя мутации выявить не удалось,[5] есть указание на то, что дефицит тиамина приводит к синдрому Вернике – Корсакова только у тех, чья транскетолаза имеет пониженное сродство к тиамину.[6] Таким образом, активность транскетолазы сильно затрудняется, и, как следствие, ингибируется весь пентозофосфатный путь.[7]

Диагностическое использование

эритроцит активность транскетолазы снижается при дефиците тиамин (витамин B1), и может использоваться для диагностики Энцефалопатия Вернике и другие B1-синдромы дефицита, если диагноз вызывает сомнения.[8] Помимо базовой активности фермента (которая может быть нормальной даже при состояниях дефицита), ускорение активности фермента после добавления пирофосфата тиамина может быть диагностическим признаком дефицита тиамина (0-15% нормальный, 15-25% дефицит,> 25% тяжелый дефицит).[9]

Рекомендации

  1. ^ Sax CM, Kays WT, Salamon C, Червенак MM, Xu YS, Piatigorsky J (ноябрь 2000 г.). «На экспрессию гена транскетолазы в роговице влияют факторы окружающей среды и события, контролируемые развитием». Роговица. 19 (6): 833–41. Дои:10.1097/00003226-200011000-00014. PMID  11095059. S2CID  7453789.
  2. ^ а б c d е ж Нильссон Ю., Мешалкина Л., Линдквист Ю., Шнайдер Г. (январь 1997 г.). «Исследование связывания субстрата в тиаминдифосфат-зависимой транскетолазе с помощью кристаллографии белков и сайт-направленного мутагенеза». J. Biol. Chem. 272 (3): 1864–9. Дои:10.1074 / jbc.272.3.1864. PMID  8999873.
  3. ^ Викнер К., Нильссон Ю., Мешалкина Л., Удекву С., Линдквист Ю., Шнайдер Г. (декабрь 1997 г.). «Идентификация каталитически важных остатков в дрожжевой транскетолазе». Биохимия. 36 (50): 15643–9. Дои:10.1021 / bi971606b. PMID  9398292.
  4. ^ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK169615/
  5. ^ МакКул Б.А., Плонк С.Г., Мартин П.Р., Синглтон СК (январь 1993 г.). «Клонирование кДНК транскетолазы человека и сравнение нуклеотидной последовательности кодирующей области у индивидов Вернике-Корсакова и не-Вернике-Корсакова». J. Biol. Chem. 268 (2): 1397–404. PMID  8419340.
  6. ^ Бласс Дж. П., Гибсон Г. Е. (1977). «Аномалия тиамин-требующего фермента у пациентов с синдромом Вернике-Корсакова». N. Engl. J. Med. 297 (25): 1367–70. Дои:10.1056 / NEJM197712222972503. PMID  927453.
  7. ^ Кокс, Майкл; Нельсон, Дэвид Р .; Ленингер, Альберт Л (2005). Принципы биохимии Ленингера. Сан-Франциско: W.H. Фримен. ISBN  0-7167-4339-6.
  8. ^ Smeets EH, Muller H, de Wael J (июль 1971 г.). «НАДН-зависимый анализ транскетолазы в гемолизатах эритроцитов». Clin. Чим. Acta. 33 (2): 379–86. Дои:10.1016/0009-8981(71)90496-7. HDL:1874/24761. PMID  4330339.
  9. ^ Дулман Р., Динбар А., Села Б.А. (июль 1995 г.). «Улучшенное измерение активности транскетолазы при оценке» эффекта TPP"". Eur J Clin Chem Clin Biochem. 33 (7): 445–6. PMID  7548453.