Неорганическая пирофосфатаза
| неорганическая пирофосфатаза | |||
|---|---|---|---|
 Пирофосфатаза (неорганический) гексамер, E.Coli | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 3.6.1.1 | ||
| Номер CAS. | 9024-82-2 | ||
| 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 | ||
| Генная онтология | АмиГО / QuickGO | ||
| |||
| Растворимая неорганическая пирофосфатаза | |||
|---|---|---|---|
 Структура растворимой неорганической пирофосфатазы, выделенной из Thermococcus Litoralis ( PDB : 2PRD ). | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Пирофосфатаза | ||
| Пфам | PF00719 | ||
| ИнтерПро | ИПР008162 | ||
| PROSITE | PS00387 | ||
| КАТ | 2прд | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 2прд / СКОПе / СУПФАМ | ||
| CDD | cd00412 | ||
| |||
| пирофосфатаза (неорганическая) 1 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | PPA1 | ||
| Альт. символы | ПП | ||
| ген NCBI | 5464 | ||
| HGNC | 9226 | ||
| МОЙ БОГ | 179030 | ||
| RefSeq | НМ_021129 | ||
| ЮниПрот | Q15181 | ||
| Другие данные | |||
| Локус | Хр. 10 q11.1-q24 | ||
| |||
| пирофосфатаза (неорганическая) 2 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | PPA2 | ||
| ген NCBI | 27068 | ||
| HGNC | 28883 | ||
| МОЙ БОГ | 609988 | ||
| RefSeq | НМ_176869 | ||
| ЮниПрот | Q9H2U2 | ||
| Другие данные | |||
| Локус | 4 q25 | ||
| |||
Неорганическая пирофосфатаза (или неорганическая дифосфатаза , PPase ) — фермент ( EC 3.6.1.1 ), катализирующий превращение одного иона пирофосфата в два иона фосфата . [ 1 ] Это высокоэкзергоническая реакция , и поэтому ее можно сочетать с неблагоприятными биохимическими превращениями, чтобы довести эти превращения до завершения. [ 2 ] Функциональность этого фермента играет решающую роль в метаболизме липидов (включая синтез и деградацию липидов), абсорбции кальция и формировании костей. [ 3 ] [ 4 ] и синтез ДНК, [ 5 ] а также другие биохимические превращения. [ 6 ] [ 7 ]
два типа неорганических дифосфатаз , сильно различающихся как по аминокислотной последовательности , так и по структуре К настоящему времени охарактеризованы : растворимые и трансмембранные пирофосфатазы, перекачивающие протоны (sPPases и H( + )-РПазы соответственно). sPPases представляют собой повсеместно распространенные белки , которые гидролизуют пирофосфат с выделением тепла, тогда как H + -PPases, до сих пор не идентифицированные в клетках животных и грибов , связывают энергию гидролиза PPi с протонов движением через биологические мембраны . [ 8 ] [ 9 ]
Структура
[ редактировать ]Термостабильная растворимая пирофосфатаза была выделена из экстремофила Thermococcuslitoralis . Трехмерная структура была определена с помощью рентгеновской кристаллографии , и было обнаружено, что она состоит из двух альфа-спиралей , а также антипараллельного закрытого бета-листа . Было обнаружено, что форма неорганической пирофосфатазы, выделенная из Thermococcus Litoralis, содержит в общей сложности 174 аминокислотных остатка и имеет гексамерную олигомерную организацию (Изображение 1). [ 10 ]
У людей есть два гена, кодирующих пирофосфатазу: PPA1 и PPA2. [ 11 ] PPA1 был отнесен к локусу гена на 10-й хромосоме человека . [ 12 ] и PPA2 к хромосоме 4 . [ 13 ]
Механизм
[ редактировать ]Хотя точный механизм катализа с помощью неорганической пирофосфатазы у большинства организмов остается неопределенным, исследования направленного мутагенеза в Escherichia coli позволили проанализировать фермента активный центр и идентифицировать ключевые аминокислоты . В частности, этот анализ выявил 17 остатков, которые могут иметь функциональное значение в катализе . [ 14 ]
Дальнейшие исследования показывают, что состояние протонирования Asp67 отвечает за модуляцию обратимости реакции в Escherichia coli . функциональная карбоксилатная Было показано, что группа этого остатка осуществляет нуклеофильную атаку пирофосфатного субстрата четырех магния ионов в присутствии прямая координация с этими четырьмя магния ионами и взаимодействия водородных связей . Было показано, что с Arg43, Lys29 и Lys142 (все положительно заряженные остатки) закрепляют субстрат в активном центре . Предполагается также, что четыре магния иона участвуют в стабилизации тригональной бипирамиды переходного состояния , что снижает энергетический барьер для вышеупомянутой нуклеофильной атаки. [ 14 ]
Несколько исследований также выявили дополнительные субстраты , которые могут действовать как аллостерические эффекторы. В частности, связывание пирофосфата (PPi) с эффекторным сайтом неорганической пирофосфатазы увеличивает скорость ее гидролиза в активном центре . [ 15 ] АТФ Также было показано, что действует как аллостерический активатор в Escherichia coli . [ 16 ] в то время как фторид ингибирует гидролиз пирофосфата , как было показано , в дрожжах . [ 17 ]
Биологическая функция и значение
[ редактировать ]Гидролиз неорганического пирофосфата (PPi) до двух ионов фосфата используется во многих биохимических путях, чтобы сделать реакции практически необратимыми. [ 18 ] Этот процесс является сильно экзергоническим (на его долю приходится изменение свободной энергии примерно на -19 кДж ) и, следовательно, значительно увеличивает энергетическую выгодность реакционной системы в сочетании с обычно менее благоприятной реакцией. [ 19 ]
Неорганическая пирофосфатаза катализирует эту реакцию гидролиза на ранних стадиях деградации липидов , что является ярким примером этого явления. Способствуя быстрому гидролизу пирофосфата бета - (PPi), неорганическая пирофосфатаза обеспечивает движущую силу активации жирных кислот, предназначенных для окисления . [ 19 ]
Прежде чем жирные кислоты смогут подвергнуться деградации для удовлетворения метаболических потребностей организма, они должны сначала быть активированы посредством тиоэфирной связи с коферментом А. Этот процесс катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой и происходит на внешней митохондриальной мембране . Эта активация осуществляется в два реакционных этапа: (1) жирная кислота реагирует с молекулой АТФ с образованием связанных с ферментом ациладенилата и пирофосфата (PPi), и (2) сульфгидрильная группа КоА атакует ациладенилат, образуя ацил-КоА и молекула АМФ . Каждая из этих двух стадий обратима в биологических условиях, за исключением дополнительного гидролиза PPi неорганической пирофосфатазой. [ 19 ] Этот связанный гидролиз обеспечивает движущую силу общей реакции прямой активации и служит источником неорганического фосфата, используемого в других биологических процессах.
Эволюция
[ редактировать ]Исследование прокариотических и эукариотических форм растворимой неорганической пирофосфатазы (sPPase, Pfam PF00719 ) показало, что они существенно различаются как по аминокислотной последовательности, количеству остатков, так и по олигомерной организации. данных показали значительную степень эволюционной консервативности структуры активного центра , а также механизма реакции Несмотря на различные структурные компоненты, недавние работы на основе кинетических . [ 20 ] Анализ примерно миллиона генетических последовательностей, взятых у организмов Саргассова моря, выявил последовательность из 57 остатков в областях, кодирующих перекачивающую протоны неорганическую пирофосфатазу (H + -PPase), который кажется высококонсервативным; эта область в основном состояла из четырех ранних аминокислотных остатков Gly , Ala , Val и Asp , что указывает на эволюционно древнее происхождение белка . [ 21 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гарольд Ф.М. (декабрь 1966 г.). «Неорганические полифосфаты в биологии: структура, метаболизм и функции» . Бактериологические обзоры . 30 (4): 772–94. дои : 10.1128/MMBR.30.4.772-794.1966 . ПМК 441015 . ПМИД 5342521 .
- ^ Теркельтауб Р.А. (июль 2001 г.). «Образование и распределение неорганических пирофосфатов в патофизиологии». Американский журнал физиологии. Клеточная физиология . 281 (1): С1–С11. дои : 10.1152/ajpcell.2001.281.1.C1 . ПМИД 11401820 .
- ^ Оримо Х., Охата М., Фудзита Т. (сентябрь 1971 г.). «Роль неорганической пирофосфатазы в механизме действия паратгормона и кальцитонина». Эндокринология . 89 (3): 852–8. дои : 10.1210/endo-89-3-852 . ПМИД 4327778 .
- ^ Пул К.Э., Рив Дж. (декабрь 2005 г.). «Паратиреоидный гормон – костный анаболический и катаболический агент». Современное мнение в фармакологии . 5 (6): 612–7. дои : 10.1016/j.coph.2005.07.004 . ПМИД 16181808 .
- ^ Нельсон, Дэвид Л.; Кокс, Майкл М. (2000). Ленингерские принципы биохимии, 3-е изд . Нью-Йорк: Издательство Worth. стр. 937 . ISBN 1-57259-153-6 .
- ^ Ко К.М., Ли В., Ю-младший, Анн Дж. (ноябрь 2007 г.). «PYP-1, неорганическая пирофосфатаза, необходима для развития личинок и функции кишечника у C. elegans» . Письма ФЭБС . 581 (28): 5445–53. дои : 10.1016/j.febslet.2007.10.047 . ПМИД 17981157 . S2CID 40325661 .
- ^ Усуи Ю., Уемацу Т., Учихаши Т., Такахаши М., Такахаши М., Исидзука М. и др. (май 2010 г.). «Неорганический полифосфат индуцирует остеобластическую дифференцировку». Журнал стоматологических исследований . 89 (5): 504–9. дои : 10.1177/0022034510363096 . ПМИД 20332330 . S2CID 44916855 .
- ^ Перес-Кастинейра-младший, Лопес-Маркес Р.Л., Вильяльба Х.М., Лосада М., Серрано А. (декабрь 2002 г.). «Функциональная комплементация цитозольной пирофосфатазы дрожжей бактериальными и растительными H+-транслокирующими пирофосфатазами» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 99 (25): 15914–9. Бибкод : 2002PNAS...9915914P . дои : 10.1073/pnas.242625399 . hdl : 11441/26079 . ПМК 138539 . ПМИД 12451180 . (Отозвано, см. два : 10.1073/pnas.2213841119 , ПМИД 36084035 )
- ^ Бальщеффский М., Шульц А., Бальщеффский Х. (сентябрь 1999 г.). «H + -PPases: семейство прочно связанных с мембраной». ФЭБС Летт . 457 (3): 527–33. дои : 10.1016/S0014-5793(99)90617-8 . ПМИД 10523139 . S2CID 12452334 .
- ^ Тепляков А, Обмолова Г, Уилсон К.С., Исии К., Кадзи Х., Самедзима Т., Куранова И. (июль 1994 г.). «Кристаллическая структура неорганической пирофосфатазы Thermus thermophilus» . Белковая наука . 3 (7): 1098–107. дои : 10.1002/pro.5560030713 . ПМК 2142889 . ПМИД 7920256 .
- ^ Фэйрчайлд Т.А., Патеюнас Г. (октябрь 1999 г.). «Клонирование и профиль экспрессии неорганической пирофосфатазы человека». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Структура и экспрессия генов . 1447 (2–3): 133–6. дои : 10.1016/s0167-4781(99)00175-x . ПМИД 10542310 .
- ^ Макэлпайн П.Дж., Мохандас Т., Рэй М., Ван Х., Хамертон Дж.Л. (1976). «Присвоение локуса гена неорганической пирофосфатазы (PP) хромосоме 10 у человека». Цитогенетика и клеточная генетика . 16 (1–5): 201–3. дои : 10.1159/000130590 . ПМИД 975879 .
- ^ «Пирофосфатаза PPA2 (неорганическая) 2 [Homo sapiens (человек)]» . NCBI Ген .
- ^ Перейти обратно: а б Ян Л., Ляо Р.З., Ю Дж.Г., Лю Р.З. (май 2009 г.). «Исследование DFT механизма неорганической пирофосфатазы Escherichia coli». Журнал физической химии Б. 113 (18): 6505–10. дои : 10.1021/jp810003w . ПМИД 19366250 .
- ^ Ситник Т.С., Аваева С.М. (январь 2007 г.). «Связывание субстрата с эффекторным сайтом пирофосфатазы увеличивает скорость его гидролиза в активном центре». Биохимия. Биохимия . 72 (1): 68–76. дои : 10.1134/s0006297907010087 . ПМИД 17309439 . S2CID 19512830 .
- ^ Родина Е.В., Воробьева Н.Н., Курилова С.А., Беленикин М.С., Федорова Н.В., Назарова Т.И. (январь 2007 г.). «АТФ как эффектор неорганической пирофосфатазы Escherichia coli. Идентификация сайта связывания АТФ». Биохимия. Биохимия . 72 (1): 93–9. дои : 10.1134/s0006297907010117 . ПМИД 17309442 . S2CID 21045503 .
- ^ Смирнова И.Н., Байков А.А. (октябрь 1983 г.). «[Двухэтапный механизм фторидного ингибирования неорганической пирофосфатазы с помощью иона фтора]». Биохимия . 48 (10): 1643–53. ПМИД 6139128 .
- ^ Такахаши К., Инузука М., Инги Т. (декабрь 2004 г.). «Клеточная передача сигналов, опосредованная кальфоглином-индуцированной активацией IPP и PGM». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 325 (1): 203–14. дои : 10.1016/j.bbrc.2004.10.021 . ПМИД 15522220 .
- ^ Перейти обратно: а б с Карман ГМ, Хан ГС (декабрь 2006 г.). «Роль ферментов фосфатидатфосфатазы в липидном обмене» . Тенденции биохимических наук . 31 (12): 694–9. дои : 10.1016/j.tibs.2006.10.003 . ПМК 1769311 . ПМИД 17079146 .
- ^ Куперман Б.С., Байков А.А., Лахти Р. (июль 1992 г.). «Эволюционная консервация активного центра растворимой неорганической пирофосфатазы» . Тенденции биохимических наук . 17 (7): 262–6. дои : 10.1016/0968-0004(92)90406-у . ПМИД 1323891 .
- ^ Хедлунд Дж., Кантони Р., Бальщеффски М., Бальщеффский Х., Перссон Б. (ноябрь 2006 г.). «Анализ мотивов древних последовательностей в семействе H-PPase». Журнал ФЭБС . 273 (22): 5183–93. дои : 10.1111/j.1742-4658.2006.05514.x . ПМИД 17054711 . S2CID 5718374 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- пирофосфатазы в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Бейли К., Уэбб ЕС (1944). «Очистка и свойства дрожжевой пирофосфатазы» . Биохимический журнал . 38 (5): 394–8. дои : 10.1042/bj0380394 . ПМЦ 1258115 . ПМИД 16747821 .
- Куниц М. (январь 1952 г.). «Кристаллическая неорганическая пирофосфатаза, выделенная из пекарских дрожжей» . Журнал общей физиологии . 35 (3): 423–50. дои : 10.1085/jgp.35.3.423 . ПМК 2147340 . ПМИД 14898026 .
- Сарафян В., Ким Ю., Пул Р.Дж., Ри П.А. (март 1992 г.). «Молекулярное клонирование и последовательность кДНК, кодирующей протонный насос вакуолярной мембраны с пирофосфатной энергией Arabidopsis thaliana» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 89 (5): 1775–9. Бибкод : 1992PNAS...89.1775S . дои : 10.1073/pnas.89.5.1775 . ПМЦ 48535 . ПМИД 1311852 .
- Дроздович Ю.М., Лу Ю.П., Патель В., Фитц-Гиббон С., Миллер Дж.Х., Ри П.А. (ноябрь 1999 г.). «Термостабильная мембранная пирофосфатаза вакуолярного типа из археи Pyrobaculum aerophilum: значение для происхождения пирофосфатных насосов» . Письма ФЭБС . 460 (3): 505–12. дои : 10.1016/S0014-5793(99)01404-0 . ПМИД 10556526 . S2CID 44664144 .
