Аденилаткиназа
| Аденилаткиназа | |||
|---|---|---|---|
 3D-ленточная/поверхностная модель аденилаткиназы в комплексе с бис(аденозин)тетрафосфатом (АДФ-АДФ) | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | АДК | ||
| Пфам | PF00406 | ||
| ИнтерПро | ИПР000850 | ||
| PROSITE | PDOC00104 | ||
| СКОП2 | 1ake / SCOPe / СУПФАМ | ||
| |||
Аденилаткиназа ( EC 2.7.4.3 ) (также известная как ADK или миокиназа ) представляет собой фосфотрансферазы фермент , который катализирует взаимное превращение различных аденозинфосфатов (АТФ, АДФ и АМФ). Постоянно контролируя уровни фосфатных нуклеотидов внутри клетки, ADK играет важную роль в клеточном энергетическом гомеостазе .
| ADK_lid | |||
|---|---|---|---|
 Аденилаткиназа Bacillus stearothermophilus | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | ADK_lid | ||
| Пфам | PF05191 | ||
| ИнтерПро | ИПР007862 | ||
| PROSITE | PDOC00104 | ||
| СКОП2 | 1ake / SCOPe / СУПФАМ | ||
| |||
| Аденилаткиназа | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 2.7.4.3 | ||
| Номер CAS. | 2598011 | ||
| Базы данных | |||
| ИнтЭнк | вид IntEnz | ||
| БРЕНДА | БРЕНДА запись | ||
| Экспаси | Просмотр NiceZyme | ||
| КЕГГ | КЕГГ запись | ||
| МетаЦик | метаболический путь | ||
| ПРЯМОЙ | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||
| |||
Субстрат и продукты
[ редактировать ]Катализируется реакция:
Константа равновесия меняется в зависимости от условий, но близка к 1. [1] Таким образом, ΔG тот для этой реакции близок к нулю. В мышцах различных видов позвоночных и беспозвоночных концентрация АТФ обычно в 7–10 раз превышает концентрацию АДФ и обычно более чем в 100 раз превышает концентрацию АМФ . [2] Скорость окислительного фосфорилирования контролируется наличием АДФ. Таким образом, митохондрии пытаются поддерживать высокий уровень АТФ за счет совместного действия аденилаткиназы и контроля окислительного фосфорилирования .
изоферменты
[ редактировать ]ADK человека На сегодняшний день идентифицировано девять изоформ белка . Некоторые из них распространены повсеместно в организме, некоторые локализованы в определенных тканях. Например, ADK7 и ADK8 обнаруживаются только в цитозоле клеток; ADK7 обнаруживается в скелетных мышцах, а ADK8 — нет. [3] Различаются не только расположение различных изоформ внутри клетки, но также различаются связывание субстрата с ферментом и кинетика переноса фосфорила. ADK1, наиболее распространенный цитозольный изофермент ADK, имеет K m примерно в тысячу раз выше, чем K m ADK7 и 8, что указывает на гораздо более слабое связывание ADK1 с AMP. [4] Субклеточная локализация ферментов ADK осуществляется путем включения нацеливающей последовательности . в белок [3] Каждая изоформа также имеет разные предпочтения в отношении NTP. Некоторые будут использовать только АТФ, тогда как другие будут принимать GTP, UTP и CTP в качестве переносчика фосфорила.
Некоторые из этих изоформ полностью предпочитают другие NTP. Существует митохондриальная ГТФ:АМФ-фосфотрансфераза, также специфичная для фосфорилирования АМФ, которая может использовать только ГТФ или ИТФ в качестве донора фосфорила. [5] ADK также был идентифицирован у различных видов бактерий и дрожжей. [6] Известно, что к семейству ADK относятся еще два фермента, а именно уридинмонофосфокиназа дрожжей и киназа UMP-CMP слизевиков. Некоторые остатки консервативны в этих изоформах, что указывает на то, насколько они важны для катализа. Одна из наиболее консервативных областей включает остаток Arg, модификация которого инактивирует фермент, вместе с Asp, который находится в каталитической щели фермента и участвует в формировании солевого мостика.
Подсемейства
[ редактировать ]- Аденилаткиназа, подсемейство InterPro : IPR006259
- Киназа UMP-CMP InterPro : IPR006266
- Аденилаткиназа, изофермент 1 InterPro : IPR006267
Механизм
[ редактировать ]Перенос фосфорила происходит только при закрытии «открытой крышки». Это вызывает исключение молекул воды, что приближает субстраты друг к другу. [7] снижение энергетического барьера для нуклеофильной атаки α-фосфорила АМФ на γ-фосфорильную группу АТФ, что приводит к образованию АДФ путем переноса γ-фосфорильной группы на АМФ. В кристаллической структуре фермента ADK из E. coli с ингибитором Ар5А остаток Arg88 связывает Ар5А по α-фосфатной группе. Было показано, что мутация R88G приводит к потере каталитической активности этого фермента на 99%, что позволяет предположить, что этот остаток непосредственно участвует в переносе фосфорила. [8] Другим высококонсервативным остатком является Arg119, который находится в аденозинсвязывающей области ADK и образует сэндвич с аденином в активном сайте. Было высказано предположение, что неразборчивость этих ферментов в принятии других NTP происходит из-за этих относительно несущественных взаимодействий основания в кармане связывания АТФ. [9] Сеть положительных консервативных остатков (Lys13, Arg123, Arg156 и Arg167 в ADK из E. coli ) стабилизирует накопление отрицательного заряда на фосфорильной группе во время переноса. Два дистальных остатка аспартата связываются с аргининовой сетью, заставляя фермент сворачиваться и снижая его гибкость. магния Также необходим кофактор , необходимый для повышения электрофильности фосфата на AMP, хотя этот ион магния удерживается в активном кармане только за счет электростатических взаимодействий и легко диссоциирует. [9]
Структура
[ редактировать ]
Гибкость и пластичность позволяют белкам связываться с лигандами , образовывать олигомеры , агрегировать и совершать механическую работу. [10] Большие конформационные изменения в белках играют важную роль в клеточной передаче сигналов. Аденилаткиназа представляет собой белок, передающий сигнал; таким образом, баланс между конформациями регулирует активность белка. ADK имеет локально развернутое состояние, которое опустошается при привязке. [11]
Исследование Whitford et al., 2007 г. показаны конформации ADK при связывании с АТФ или АМФ. [10] Исследование показывает, что существуют три соответствующие конформации или структуры ADK: CORE, Open и Closed. В ADK есть два небольших домена, называемых LID и NMP. [12] АТФ связывается в кармане, образованном доменами LID и CORE. AMP связывается в кармане, образованном доменами NMP и CORE. Исследование Уитфорда также сообщило о результатах, которые показывают, что локализованные области белка разворачиваются во время конформационных переходов. Этот механизм снижает напряжение и повышает каталитическую эффективность. Локальное разворачивание является результатом конкурирующих энергий напряжения в белке. [10]
локальная (термодинамическая) стабильность субстратсвязывающих доменов ATP- lid и AMP- lid Было показано, что значительно ниже по сравнению с доменом CORE в ADK E. coli . [13] Более того, было показано, что два субдомена ( крышка AMP АТФ и крышка ) могут сворачиваться и разворачиваться «некооперативным образом». [13] Связывание субстратов вызывает предпочтение «закрытых» конформаций среди тех, которые выбираются ADK. Предполагается, что эти «закрытые» конформации помогают удалить воду из активного центра, чтобы избежать ненужного гидролиза АТФ, а также помогают оптимизировать выравнивание субстратов для переноса фосфорила. [14] Более того, было показано, что апофермент по-прежнему будет пробовать «закрытые» конформации лид- АТФ и АМФ доменов в отсутствие субстратов. [7] При сравнении скорости открытия фермента (который обеспечивает высвобождение продукта) и скорости закрытия, сопровождающего связывание субстрата, закрытие оказалось более медленным процессом.
Функция
[ редактировать ]Метаболический мониторинг
[ редактировать ]Способность клетки динамически измерять энергетические уровни дает ей возможность контролировать метаболические процессы. [15] Благодаря постоянному мониторингу и изменению уровней АТФ и других аденилфосфатов (уровни АДФ и АМФ) аденилаткиназа является важным регулятором расхода энергии на клеточном уровне. [16] Поскольку уровни энергии изменяются при различных метаболических стрессах, аденилаткиназа способна генерировать АМФ; которая сама действует как сигнальная молекула в дальнейших сигнальных каскадах. Этот сгенерированный АМФ может, например, стимулировать различные АМФ-зависимые рецепторы, например те, которые участвуют в гликолитических путях, каналах K-АТФ и 5'-АМФ-активируемую протеинкиназу ( АМРК ). [15] Общими факторами, влияющими на уровень адениновых нуклеотидов и, следовательно, на активность ADK, являются физические упражнения, стресс, изменения уровня гормонов и диета. [15] Он облегчает декодирование клеточной информации, катализируя обмен нуклеотидов в интимной «чувствительной зоне» метаболических сенсоров. [15]
АДК шаттл
[ редактировать ]Аденилаткиназа присутствует в митохондриальных и миофибриллярных компартментах клетки и делает два высокоэнергетических фосфорила (β и γ) АТФ доступными для переноса между молекулами адениновых нуклеотидов. [15] [16] По сути, аденилаткиназа доставляет АТФ к местам с высоким потреблением энергии и удаляет АМФ, образующийся в ходе этих реакций. Эти последовательные реле фосфопереноса в конечном итоге приводят к распространению фосфорильных групп вдоль совокупности молекул ADK. [15] Этот процесс можно рассматривать как набор молекул ADK, который приводит к изменениям локального внутриклеточного метаболического потока без явных глобальных изменений в концентрациях метаболитов. [15] Этот процесс чрезвычайно важен для общего гомеостаза клетки. [15]
Актуальность заболевания
[ редактировать ]Дефицит нуклеозиддифосфаткиназы
[ редактировать ]Нуклеозиддифосфат (NDP) киназа катализирует in vivo АТФ-зависимый синтез рибо- и дезоксирибонуклеозидтрифосфатов . В мутировавшей Escherichia coli , у которой была нарушена нуклеозиддифосфаткиназа , аденилаткиназа выполняла двойные ферментативные функции. АДК восполняет дефицит нуклеозиддифосфаткиназы. [17]
AK1 и постишемический коронарный рефлюкс
[ редактировать ]Нокаут AK1 нарушает синхронность между неорганическим фосфатом и обменом в участках потребления АТФ и участках синтеза АТФ. Это снижает передачу энергетических сигналов в постишемическом сердце и ускоряет неадекватный коронарный рефлюкс после ишемии-реперфузии. [18]
Дефицит ADK2
[ редактировать ]Дефицит аденилаткиназы 2 ( АК2 ) у человека вызывает нарушения кроветворения, связанные с нейросенсорной глухотой . [19] Ретикулярная дисгенезия — аутосомно-рецессивная форма комбинированного иммунодефицита человека . Он также характеризуется нарушением созревания лимфоидов и ранней остановкой дифференцировки миелоидного ряда. Дефицит AK2 приводит к отсутствию или значительному снижению экспрессии белков. AK2 специфически экспрессируется в сосудистой полоске внутреннего уха , что указывает на то, почему у людей с дефицитом AK2 возникает нейросенсорная глухота. [19]
Структурные адаптации
[ редактировать ]Генетическая абляция AK1 снижает толерантность к метаболическому стрессу. Дефицит AK1 вызывает специфичные для типа волокон изменения в группах транскриптов гликолиза и митохондриального метаболизма. [20] Это поддерживает энергетический обмен мышц.
Дефицит пластидного ADK у Arabidopsis thaliana
[ редактировать ]Усиленный рост и повышенное содержание фотосинтетических аминокислот связаны с дефицитом пластидной аденилаткиназы у Arabidopsis thaliana . [21]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ База данных NIST по термодинамике ферментативно-катализируемых реакций, http://xpdb.nist.gov/enzyme_thermodynamics/enzyme1.pl. Архивировано 9 ноября 2016 г. в Wayback Machine , Голдберг Р.Н., Тевари Ю.Б., Бхат Т.Н. (ноябрь 2004 г.). «Термодинамика реакций, катализируемых ферментами, — база данных по количественной биохимии» . Биоинформатика . 20 (16): 2874–7. doi : 10.1093/биоинформатика/bth314 . ПМИД 15145806 . , дает константы равновесия, поиск аденилаткиназы под ферментами
- ^ Бейс I, Ньюсхолм Э.А. (октябрь 1975 г.). «Содержание адениновых нуклеотидов, фосфагенов и некоторых гликолитических промежуточных продуктов в покоящихся мышцах позвоночных и беспозвоночных» . Биохимический журнал . 152 (1): 23–32. дои : 10.1042/bj1520023 . ПМЦ 1172435 . ПМИД 1212224 .
- ^ Перейти обратно: а б Панайоту К., Солалоли Н., Карлссон А. (апрель 2014 г.). «Многие изоформы аденилаткиназ человека». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 49 : 75–83. дои : 10.1016/j.biocel.2014.01.014 . ПМИД 24495878 .
- ^ Панайоту С., Солалоли Н., Сюй Ю., Йоханссон М., Карлссон А. (февраль 2011 г.). «Характеристика человеческих аденилаткиназ 7 и 8 демонстрирует различия в кинетических параметрах и структурной организации среди семейства изоферментов аденилаткиназы» (PDF) . Биохимический журнал . 433 (3): 527–34. дои : 10.1042/BJ20101443 . ПМИД 21080915 . S2CID 33249169 .
- ^ Томасселли АГ, Нода Л.Х. (январь 1979 г.). «Митохондриальная ГТФ-АМФ-фосфотрансфераза. 2. Кинетические и равновесные диализные исследования» . Европейский журнал биохимии . 93 (2): 263–7. дои : 10.1111/j.1432-1033.1979.tb12819.x . ПМИД 218813 .
- ^ Купер А.Дж., Фридберг ЕС (май 1992 г.). «Предположительный второй ген, кодирующий аденилаткиназу, из дрожжей Saccharomyces cerevisiae». Джин . 114 (1): 145–8. дои : 10.1016/0378-1119(92)90721-Z . ПМИД 1587477 .
- ^ Перейти обратно: а б Хенцлер-Вильдман К.А., Тай В., Лей М., Отт М., Вольф-Вац М., Фенн Т., Пожарски Е., Уилсон М.А., Пецко Г.А., Карплюс М., Хюбнер К.Г., Керн Д. (декабрь 2007 г.). «Собственные движения по траектории ферментативной реакции». Природа . 450 (7171): 838–44. Бибкод : 2007Natur.450..838H . дои : 10.1038/nature06410 . ПМИД 18026086 . S2CID 4406037 .
- ^ Райнштейн Дж., Жиль А.М., Роуз Т., Виттингхофер А., Сен-Жиронс I, Барзу О., Суревич В.К., Манч Х.Х. (май 1989 г.). «Структурная и каталитическая роль аргинина 88 в аденилаткиназе Escherichia coli , подтвержденная химической модификацией и сайт-направленным мутагенезом» . Журнал биологической химии . 264 (14): 8107–12. дои : 10.1016/S0021-9258(18)83156-8 . ПМИД 2542263 .
- ^ Перейти обратно: а б Мюллер CW, Шульц GE (март 1992 г.). «Структура комплекса между аденилаткиназой Escherichia coli и ингибитором Ap5A, уточненная с разрешением 1,9 А. Модель каталитического переходного состояния». Журнал молекулярной биологии . 224 (1): 159–77. doi : 10.2210/pdb1ake/pdb . ПМИД 1548697 .
- ^ Перейти обратно: а б с Уитфорд ПК, Мияшита О, Леви Ю, Онучич Дж. Н. (март 2007 г.). «Конформационные переходы аденилаткиназы: переключение путем крекинга» . Журнал молекулярной биологии . 366 (5): 1661–71. дои : 10.1016/j.jmb.2006.11.085 . ПМК 2561047 . ПМИД 17217965 .
- ^ Шранк Т.П., Болен Д.В., Хильзер В.Дж. (октябрь 2009 г.). «Рациональная модуляция конформационных колебаний аденилаткиназы раскрывает локальный механизм развертывания аллостерии и функциональной адаптации в белках» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (40): 16984–9. Бибкод : 2009PNAS..10616984S . дои : 10.1073/pnas.0906510106 . ПМК 2761315 . ПМИД 19805185 .
- ^ Daily MD, Phillips GN, Cui Q (июль 2010 г.). «Многие локальные движения взаимодействуют, вызывая конформационный переход аденилаткиназы» . Журнал молекулярной биологии . 400 (3): 618–31. дои : 10.1016/j.jmb.2010.05.015 . ПМК 2902635 . ПМИД 20471396 .
- ^ Перейти обратно: а б Рундквист Л., Аден Дж., Спаррман Т., Валлгрен М., Олссон У., Вольф-Вац М. (март 2009 г.). «Некооперативное сворачивание субдоменов в аденилаткиназы». Биохимия . 48 (9): 1911–27. дои : 10.1021/bi8018042 . ПМИД 19219996 .
- ^ Олссон Ю, Вольф-Ватц М (ноябрь 2010 г.). «Перекрытие между складчатыми и функциональными энергетическими ландшафтами для конформационных изменений аденилаткиназы» . Природные коммуникации . 1 (8): 111. Бибкод : 2010NatCo...1..111O . дои : 10.1038/ncomms1106 . ПМИД 21081909 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Дзея П., Терзич А. (апрель 2009 г.). «Сигнальные сети аденилаткиназы и AMP: метаболический мониторинг, передача сигналов и определение энергии тела» . Международный журнал молекулярных наук . 10 (4): 1729–72. дои : 10.3390/ijms10041729 . ПМК 2680645 . ПМИД 19468337 .
- ^ Перейти обратно: а б Дзея П.П., Чунг С., Фаустино Р.С., Бехфар А., Терзич А. (апрель 2011 г.). «Усиление метаболической сигнальной оси аденилаткиназы-AMPK поддерживает дифференцировку сердца стволовых клеток» . ПЛОС ОДИН . 6 (4): е19300. Бибкод : 2011PLoSO...619300D . дои : 10.1371/journal.pone.0019300 . ПМЦ 3083437 . ПМИД 21556322 .
- ^ Лу Ц, Иноуе М (июнь 1996 г.). «Аденилаткиназа дополняет дефицит нуклеозиддифосфаткиназы в метаболизме нуклеотидов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (12): 5720–5. Бибкод : 1996PNAS...93.5720L . дои : 10.1073/pnas.93.12.5720 . ПМК 39127 . ПМИД 8650159 .
- ^ Дзея П.П., Баст П., Пучар Д., Виринга Б., Терзич А. (октябрь 2007 г.). «Нарушение метаболической передачи сигналов в сердцах с нокаутом гена аденилаткиназы AK1 ставит под угрозу постишемический коронарный рефлюкс» . Журнал биологической химии . 282 (43): 31366–72. дои : 10.1074/jbc.M705268200 . ПМК 3232003 . ПМИД 17704060 .
- ^ Перейти обратно: а б Лагресль-Пейру К, Сикс ЕМ, Пикард К, Рие-Лока Ф, Мишель В, Дитади А, Демеранс-де Шаппеделейн К, Морийон Е, Валенси Ф, Симон-Стоос К.Л., Малликин Дж.К., Нороски Л.М., Бесс К., Вульффраат Н.М. , Ферстер А., Абекасис М.М., Кальво Ф., Пети С., Кандотти Ф., Абель Л., Фишер А., Каваццана-Кальво М. (январь 2009 г.). «Дефицит аденилаткиназы 2 человека вызывает глубокий гемопоэтический дефект, связанный с нейросенсорной глухотой» . Природная генетика . 41 (1): 106–11. дои : 10.1038/ng.278 . ПМК 2612090 . ПМИД 19043416 .
- ^ Янссен Э., де Грооф А., Вейерс М., Франсен Дж., Дзея П.П., Терзич А., Виринга Б. (апрель 2003 г.). «Дефицит аденилаткиназы 1 вызывает молекулярную и структурную адаптацию для поддержки энергетического метаболизма в мышцах» . Журнал биологической химии . 278 (15): 12937–45. дои : 10.1074/jbc.M211465200 . hdl : 2066/186091 . ПМИД 12562761 .
- ^ Каррари Ф., Колл-Гарсия Д., Шауэр Н., Литовченко А., Паласиос-Рохас Н., Бальбо И., Россо М., Ферни А.Р. (январь 2005 г.). «Дефицит пластидной аденилаткиназы у арабидопсиса приводит к повышенному биосинтезу фотосинтетических аминокислот и усилению роста» . Физиология растений . 137 (1): 70–82. дои : 10.1104/стр.104.056143 . ПМЦ 548839 . ПМИД 15618410 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Аденилат + киназа Национальной медицинской библиотеки США в медицинских предметных рубриках (MeSH)
