Глутаматдегидрогеназа

глутаматдегидрогеназа [НАД(Ф)+]
глутаматдегидрогеназа [НАД(Ф)+]
Идентификаторы
Номер ЕС.	1.4.1.3
Номер CAS.	9029-12-3
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
PMC
показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

глутаматдегидрогеназа (ГЛДГ)
глутаматдегидрогеназа (ГЛДГ)
Идентификаторы
Номер ЕС.	1.4.1.2
Номер CAS.	9001-46-1
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
PMC
показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

глутаматдегидрогеназа (НАДФ+)

Идентификаторы

Базы данных

PDB Структуры

Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

Глутаматдегидрогеназа (ГЛДГ, GDH) — фермент, наблюдаемый как в прокариотических, так и в митохондриях эукариот . Вышеупомянутая реакция также дает аммиак, который у эукариот канонически перерабатывается в качестве субстрата в цикле мочевины . Обычно реакция α-кетоглутарата на глутамат не происходит у млекопитающих, поскольку равновесие глутаматдегидрогеназы благоприятствует образованию аммиака и α-кетоглутарата. Глутаматдегидрогеназа также имеет очень низкое сродство к аммиаку (высокая константа Михаэлиса) . $K_{m}$ около 1 мМ), и поэтому для того, чтобы протекала обратная реакция, в организме должны присутствовать токсичные уровни аммиака (т. е. превращение α-кетоглутарата и аммиака в глутамат и НАД(Ф)+). Однако в головном мозге соотношение НАД+/НАДН в митохондриях мозга способствует окислительному дезаминированию (т.е. глутамата до α-кетоглутарата и аммиака). ^[1] У бактерий аммиак усваивается аминокислотами посредством глутамата и аминотрансфераз. ^[2] У растений фермент может работать в любом направлении в зависимости от окружающей среды и стресса. ^[3]^[4] Трансгенные растения, экспрессирующие микробные GLDH, улучшают устойчивость к гербицидам, дефициту воды и патогенным инфекциям. ^[5] Они более питательны. ^[6]

Фермент представляет собой ключевое звено между катаболическими и анаболическими путями и, следовательно, повсеместно встречается у эукариот. У человека соответствующие гены называются GLUD1 (глутаматдегидрогеназа 1) и GLUD2 (глутаматдегидрогеназа 2), а имеется по меньшей мере пять псевдогенов GLDH. в геноме человека также ^[7]

Клиническое применение

ГЛДГ можно измерить в медицинской лаборатории для оценки функции печени. Повышенные уровни ГЛДГ в сыворотке крови указывают на поражение печени, и ГЛДГ играет важную роль в дифференциальной диагностике заболеваний печени, особенно в сочетании с аминотрансферазами . ГЛДГ локализована в митохондриях , поэтому практически не высвобождается при генерализованных воспалительных заболеваниях печени, таких как вирусные гепатиты. Заболевания печени, при которых преобладающим событием является некроз гепатоцитов, такие как токсическое поражение печени или гипоксическое заболевание печени, характеризуются высокими уровнями ГЛДГ в сыворотке. ГЛДГ важна для дифференциации острого вирусного гепатита и острого токсического некроза печени или острого гипоксического заболевания печени, особенно в случае поражения печени очень высокими уровнями аминотрансфераз. В клинических испытаниях GLDH может служить показателем безопасности лекарства. ^{[ нужна ссылка ]}

Иммуноферментный анализ (ИФА) на глутаматдегидрогеназу (ГДГ) может использоваться в качестве инструмента скрининга пациентов с инфекцией Clostridioides difficile . Фермент конститутивно экспрессируется большинством штаммов C.diff и поэтому может быть легко обнаружен в кале. Диагноз обычно подтверждается последующим ИФА на C. Diff токсины A и B. ^{[ нужна ссылка ]}

Кофакторы

ОНИ ⁺ (или НАДФ ⁺) является кофактором реакции глутаматдегидрогеназы, образуя α-кетоглутарат и аммоний в качестве побочного продукта. ^[4]^[8]

В зависимости от того, какой кофактор используется, ферменты глутаматдегидрогеназы делятся на следующие три класса: ^{[ нужна ссылка ]}

EC 1.4.1.2: L-глутамат + H ₂ O + НАД ⁺ $\rightleftharpoons$ 2-оксоглутарат + NH ₃ + НАДН + Н ⁺
EC 1.4.1.3: L-глутамат + H ₂ O + НАД(Ф) ⁺ $\rightleftharpoons$ 2-оксоглутарат + NH ₃ + НАД(Ф)Н + Н ⁺
EC 1.4.1.4: L-глутамат + H ₂ O + НАДФ ⁺ $\rightleftharpoons$ 2-оксоглутарат + NH ₃ + НАДФН + H ⁺

Роль в потоке азота

Включение аммиака в организм животных и микробов происходит под действием глутаматдегидрогеназы и глутаминсинтетазы . Глутамат играет центральную роль в потоке азота у млекопитающих и микробов, выступая как донором азота, так и акцептором азота. ^{[ нужна ссылка ]}

Регуляция глутаматдегидрогеназы

У людей активность глутаматдегидрогеназы контролируется посредством АДФ-рибозилирования , ковалентной модификации, осуществляемой геном sirt4 . Эта регуляция ослабляется в ответ на ограничение калорий и низкий уровень глюкозы в крови . В этих обстоятельствах активность глутаматдегидрогеназы повышается, чтобы увеличить количество вырабатываемого α-кетоглутарата, который можно использовать для получения энергии за счет использования в цикле лимонной кислоты для окончательного производства АТФ . ^{[ нужна ссылка ]}

У микробов активность контролируется концентрацией аммония и/или иона рубидия аналогичного размера, который связывается с аллостерическим сайтом ГЛДГ и изменяет K _m ( константу Михаэлиса ) фермента. ^[9]

Контроль GLDH посредством ADP-рибозилирования особенно важен в инсулин -продуцирующих β-клетках . Бета-клетки секретируют инсулин в ответ на увеличение соотношения АТФ: АДФ , и, поскольку аминокислоты расщепляются ГЛДГ до α-кетоглутарата, это соотношение возрастает и секретируется больше инсулина. SIRT4 необходим для регуляции метаболизма аминокислот как метода контроля секреции инсулина и регулирования уровня глюкозы в крови .

В конце 1950-х — начале 1960-х годов Карл Фриден обнаружил, что глутаматдегидрогеназа бычьей печени регулируется нуклеотидами. ^[10]^[11]^[12]^[13] Помимо описания эффектов нуклеотидов, таких как АДФ, АТФ и ГТФ, он подробно описал различное кинетическое поведение НАДН и НАДФН. Таким образом, это был один из первых ферментов, демонстрировавший то, что позже было описано как аллостерическое поведение. ^[14]

Активация GDH млекопитающих L-лейцином и некоторыми другими гидрофобными аминокислотами также давно известна. ^[15] однако локализация сайта связывания не была ясна. Лишь недавно новый аллостерический сайт связывания L-лейцина был идентифицирован в ферменте млекопитающих. ^[16]

Мутации, которые изменяют аллостерический сайт связывания GTP, вызывают постоянную активацию глутаматдегидрогеназы и приводят к синдрому гиперинсулинизма-гипераммониемии .

Регулирование

Аллостерическая регуляция :

Этот белок может использовать морфеиновую модель аллостерической регуляции . ^[8]^[17]

Аллостерические ингибиторы:

Активаторы:

Другие ингибиторы:

ЭГКГ ^[18]

Кроме того, мышиная GLDH демонстрирует субстратное ингибирование, в результате чего активность GLDH снижается при высоких концентрациях глутамата. ^[8]

изоферменты

глутаматдегидрогеназы В организме человека экспрессируются следующие изоферменты :

глутаматдегидрогеназа 1

Идентификаторы

Символ

ГЛУД1

Альт. символы

КЛЕЕННЫЙ

Другие данные

Хр. 10 q21.1-24.3

Искать
Structures	Swiss-model
Domains	InterPro

глутаматдегидрогеназа 2

Идентификаторы

Символ

ГЛУД2

Альт. символы

ГЛУПЫЙ1

Другие данные

Хр. Х q25

Искать
Structures	Swiss-model
Domains	InterPro

См. также

Анаплеротические реакции

Ссылки

^ Маккенна MC, Феррейра GC (2016). «Ферментные комплексы, важные для цикла глутамат-глутамин». Цикл глутамат/ГАМК-глютамин . Достижения нейробиологии. Том. 13. С. 59–98. дои : 10.1007/978-3-319-45096-4_4 . ISBN 978-3-319-45094-0 . ПМИД 27885627 .
^ Лайтфут Д.А., барон А.Дж., Вуттон Дж.К. (май 1988 г.). «Экспрессия гена глутаматдегидрогеназы Escherichia coli в цианобактерии Synechococcus PCC6301 вызывает толерантность к аммонию». Молекулярная биология растений . 11 (3): 335–44. дои : 10.1007/BF00027390 . ПМИД 24272346 . S2CID 21845538 .
^ Мунгур Р., Гласс А.Д., Гуденоу Д.Б., Лайтфут Д.А. (июнь 2005 г.). «Отпечатки пальцев метаболитов в трансгенной Nicotiana tabacum, измененной геном глутаматдегидрогеназы Escherichia coli» . Журнал биомедицины и биотехнологии . 2005 (2): 198–214. дои : 10.1155/JBB.2005.198 . ПМК 1184043 . ПМИД 16046826 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Грабовска А., Новицкий М., Квинта Дж. (2011). «Глутаматдегидрогеназа прорастающих семян тритикале: экспрессия генов, распределение активности и кинетические характеристики» . Акта Физиол. Растение . 33 (5): 1981–90. дои : 10.1007/s11738-011-0801-1 .
^ Лайтфут Д.А., Бернхардт К., Мунгур Р., Нолте С., Амезиан Р., Колтер А., Джонс К., Икбал М.Дж., Варса Э., Янг Б. (2007). «Повышение засухоустойчивости трансгенных растений Zea mays, которые экспрессируют ген глутаматдегидрогеназы (gdhA) E. coli». Эвфитика . 156 (1–2): 103–116. дои : 10.1007/s10681-007-9357-y . S2CID 11806853 .
^ Лайтфут Д.А. (2009). «Гены для повышения эффективности использования азота сельскохозяйственными культурами». В Вуде, Эндрю, Мэтью А. Дженкс (ред.). Гены абиотического стресса растений . Уайли-Блэквелл. стр. 167–182. ISBN 978-0-8138-1502-2 .
^ Алешина Ю.А., Алешин В.А. (2024). «Эволюционные изменения глутаматдегидрогеназ 1 и 2 приматов влияют на регуляцию белка с помощью лигандов, нацеливания и посттрансляционных модификаций» . Международный журнал молекулярных наук . 25 (8). дои : 10.3390/ijms25084341 . ПМЦ 11050691 . ПМИД 38673928 . Искусство. № 4341.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Ботман Д., Тигчелаар В., Ван Ноорден С.Дж. (ноябрь 2014 г.). «Определение активности глутаматдегидрогеназы и ее кинетики в тканях мышей с помощью метаболического картирования (количественной гистохимии ферментов)» . Журнал гистохимии и цитохимии . 62 (11): 802–12. дои : 10.1369/0022155414549071 . ПМЦ 4230541 . ПМИД 25124006 .
^ Вуттон Дж. К. (февраль 1983 г.). «Повторная оценка сродства к ионам аммония НАДФ-специфических глутаматдегидрогеназ. Активация фермента Neurospora crassa ионами аммония и рубидия» . Биохимический журнал . 209 (2): 527–31. дои : 10.1042/bj2090527 . ПМЦ 1154121 . ПМИД 6221721 .
^ Фриден С. (апрель 1959 г.). «Глутаминдегидрогеназа. II. Влияние различных нуклеотидов на ассоциативно-диссоциативные и кинетические свойства» . Журнал биологической химии . 234 (4): 815–20. дои : 10.1016/S0021-9258(18)70181-6 . ПМИД 13654269 .
^ Фриден С. (май 1962 г.). «Необычное ингибирование глутаматдегидрогеназы гуанозинди- и трифосфатом». Биохимика и биофизика Acta . 59 (2): 484–6. дои : 10.1016/0006-3002(62)90204-4 . ПМИД 13895207 .
^ Фриден С. (1963). L-глутаматдегидрогеназа, в книге «Ферменты», том VII . Академическая пресса. стр. 3–24.
^ Фриден С. (май 1965 г.). «Глутаматдегидрогеназа. VI. Обзор пуриновых нуклеотидов и других эффектов на фермент из различных источников» . Журнал биологической химии . 240 (5): 2028–35. дои : 10.1016/S0021-9258(18)97420-X . ПМИД 14299621 .
^ Моно Дж., Вайман Дж., Чанже Дж. П. (1965). «О природе аллостерических переходов: правдоподобная модель». Дж Мол Биол . 12 : 88–118. дои : 10.1016/s0022-2836(65)80285-6 . ПМИД 14343300 .
^ УДАЧА КЛ, ТОМКИНС Г.М. (1961). «Влияние L-лейцина и других незаменимых аминокислот на структуру и активность глутаминдегидрогеназы» . Proc Natl Acad Sci США . 47 (7): 983–9. Бибкод : 1961ПНАС...47..983Л . дои : 10.1073/pnas.47.7.983 . ПМК 221313 . ПМИД 13787322 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Алешин В.А., Буник В.И., Брух Е.М., Беллинцони М. (2022). «Структурная основа связывания аллостерических активаторов лейцина и АДФ с глутаматдегидрогеназой млекопитающих» . Int J Mol Sci . 23 (19): 11306. doi : 10.3390/ijms231911306 . ПМК 9570180 . ПМИД 36232607 .
^ Селвуд Т., Яффе ЭК (март 2012 г.). «Динамическая диссоциация гомоолигомеров и контроль функции белка» . Архив биохимии и биофизики . 519 (2): 131–43. дои : 10.1016/j.abb.2011.11.020 . ПМЦ 3298769 . ПМИД 22182754 .
^ Пурнурмохаммади С., Гримальди М., Стрид М.Х., Лаваллар В., Ваагепетерсен Х.С., Вольхейм CB, Меклер П. (июль 2017 г.). «Эпигаллокатехин-3-галлат (EGCG) активирует AMPK посредством ингибирования глутаматдегидрогеназы в мышечных и β-клетках поджелудочной железы: потенциальный положительный эффект в преддиабетическом состоянии?» . Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 88 : 220–225. дои : 10.1016/j.biocel.2017.01.012 . ПМИД 28137482 .

Внешние ссылки

Глутамат + дегидрогеназа Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)

[pmid27885627-1] Маккенна MC, Феррейра GC (2016). «Ферментные комплексы, важные для цикла глутамат-глутамин». Цикл глутамат/ГАМК-глютамин . Достижения нейробиологии. Том. 13. С. 59–98. дои : 10.1007/978-3-319-45096-4_4 . ISBN 978-3-319-45094-0 . ПМИД 27885627 .

[Lightfoot_1988-2] Лайтфут Д.А., барон А.Дж., Вуттон Дж.К. (май 1988 г.). «Экспрессия гена глутаматдегидрогеназы Escherichia coli в цианобактерии Synechococcus PCC6301 вызывает толерантность к аммонию». Молекулярная биология растений . 11 (3): 335–44. дои : 10.1007/BF00027390 . ПМИД 24272346 . S2CID 21845538 .

[pmid16046826-3] Мунгур Р., Гласс А.Д., Гуденоу Д.Б., Лайтфут Д.А. (июнь 2005 г.). «Отпечатки пальцев метаболитов в трансгенной Nicotiana tabacum, измененной геном глутаматдегидрогеназы Escherichia coli» . Журнал биомедицины и биотехнологии . 2005 (2): 198–214. дои : 10.1155/JBB.2005.198 . ПМК 1184043 . ПМИД 16046826 .

[Grabowska_2011-4] Перейти обратно: ^а ^б Грабовска А., Новицкий М., Квинта Дж. (2011). «Глутаматдегидрогеназа прорастающих семян тритикале: экспрессия генов, распределение активности и кинетические характеристики» . Акта Физиол. Растение . 33 (5): 1981–90. дои : 10.1007/s11738-011-0801-1 .

[Lightfoot_2007-5] Лайтфут Д.А., Бернхардт К., Мунгур Р., Нолте С., Амезиан Р., Колтер А., Джонс К., Икбал М.Дж., Варса Э., Янг Б. (2007). «Повышение засухоустойчивости трансгенных растений Zea mays, которые экспрессируют ген глутаматдегидрогеназы (gdhA) E. coli». Эвфитика . 156 (1–2): 103–116. дои : 10.1007/s10681-007-9357-y . S2CID 11806853 .

[isbn0-8138-1502-9-6] Лайтфут Д.А. (2009). «Гены для повышения эффективности использования азота сельскохозяйственными культурами». В Вуде, Эндрю, Мэтью А. Дженкс (ред.). Гены абиотического стресса растений . Уайли-Блэквелл. стр. 167–182. ISBN 978-0-8138-1502-2 .

[7] Алешина Ю.А., Алешин В.А. (2024). «Эволюционные изменения глутаматдегидрогеназ 1 и 2 приматов влияют на регуляцию белка с помощью лигандов, нацеливания и посттрансляционных модификаций» . Международный журнал молекулярных наук . 25 (8). дои : 10.3390/ijms25084341 . ПМЦ 11050691 . ПМИД 38673928 . Искусство. № 4341.

[jhc.sagepub.com-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с Ботман Д., Тигчелаар В., Ван Ноорден С.Дж. (ноябрь 2014 г.). «Определение активности глутаматдегидрогеназы и ее кинетики в тканях мышей с помощью метаболического картирования (количественной гистохимии ферментов)» . Журнал гистохимии и цитохимии . 62 (11): 802–12. дои : 10.1369/0022155414549071 . ПМЦ 4230541 . ПМИД 25124006 .

[pmid6221721-9] Вуттон Дж. К. (февраль 1983 г.). «Повторная оценка сродства к ионам аммония НАДФ-специфических глутаматдегидрогеназ. Активация фермента Neurospora crassa ионами аммония и рубидия» . Биохимический журнал . 209 (2): 527–31. дои : 10.1042/bj2090527 . ПМЦ 1154121 . ПМИД 6221721 .

[pmid13654269-10] Фриден С. (апрель 1959 г.). «Глутаминдегидрогеназа. II. Влияние различных нуклеотидов на ассоциативно-диссоциативные и кинетические свойства» . Журнал биологической химии . 234 (4): 815–20. дои : 10.1016/S0021-9258(18)70181-6 . ПМИД 13654269 .

[pmid13895207-11] Фриден С. (май 1962 г.). «Необычное ингибирование глутаматдегидрогеназы гуанозинди- и трифосфатом». Биохимика и биофизика Acta . 59 (2): 484–6. дои : 10.1016/0006-3002(62)90204-4 . ПМИД 13895207 .

[12] Фриден С. (1963). L-глутаматдегидрогеназа, в книге «Ферменты», том VII . Академическая пресса. стр. 3–24.

[pmid14299621-13] Фриден С. (май 1965 г.). «Глутаматдегидрогеназа. VI. Обзор пуриновых нуклеотидов и других эффектов на фермент из различных источников» . Журнал биологической химии . 240 (5): 2028–35. дои : 10.1016/S0021-9258(18)97420-X . ПМИД 14299621 .

[MWC-14] Моно Дж., Вайман Дж., Чанже Дж. П. (1965). «О природе аллостерических переходов: правдоподобная модель». Дж Мол Биол . 12 : 88–118. дои : 10.1016/s0022-2836(65)80285-6 . ПМИД 14343300 .

[YT-15] УДАЧА КЛ, ТОМКИНС Г.М. (1961). «Влияние L-лейцина и других незаменимых аминокислот на структуру и активность глутаминдегидрогеназы» . Proc Natl Acad Sci США . 47 (7): 983–9. Бибкод : 1961ПНАС...47..983Л . дои : 10.1073/pnas.47.7.983 . ПМК 221313 . ПМИД 13787322 .

[ABBB-16] Перейти обратно: ^а ^б ^с Алешин В.А., Буник В.И., Брух Е.М., Беллинцони М. (2022). «Структурная основа связывания аллостерических активаторов лейцина и АДФ с глутаматдегидрогеназой млекопитающих» . Int J Mol Sci . 23 (19): 11306. doi : 10.3390/ijms231911306 . ПМК 9570180 . ПМИД 36232607 .

[pmid22182754-17] Селвуд Т., Яффе ЭК (март 2012 г.). «Динамическая диссоциация гомоолигомеров и контроль функции белка» . Архив биохимии и биофизики . 519 (2): 131–43. дои : 10.1016/j.abb.2011.11.020 . ПМЦ 3298769 . ПМИД 22182754 .

[18] Пурнурмохаммади С., Гримальди М., Стрид М.Х., Лаваллар В., Ваагепетерсен Х.С., Вольхейм CB, Меклер П. (июль 2017 г.). «Эпигаллокатехин-3-галлат (EGCG) активирует AMPK посредством ингибирования глутаматдегидрогеназы в мышечных и β-клетках поджелудочной железы: потенциальный положительный эффект в преддиабетическом состоянии?» . Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 88 : 220–225. дои : 10.1016/j.biocel.2017.01.012 . ПМИД 28137482 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

v т и CH-NH ₂ оксидоредуктазы ( EC 1.4) - преимущественно оксидоредуктазы аминокислот.
1.4.1: NAD/NADP acceptor	Glutamate dehydrogenase GLUD1 GLUD2 Glutamate synthase (NADPH)
1.4.3: oxygen acceptor	D-amino acid oxidase Amine oxidase (Copper-containing (Lysyl Diamine Primary-amine)) (Flavin-containing (Monoamine)))
1.4.4: disulfide acceptor	Glycine cleavage system
1.4.99: other acceptors	D-amino acid dehydrogenase Amine dehydrogenase

v т и Ферменты
Activity	Active site Binding site Catalytic triad Oxyanion hole Enzyme promiscuity Diffusion-limited enzyme Cofactor Enzyme catalysis
Regulation	Allosteric regulation Cooperativity Enzyme inhibitor Enzyme activator
Classification	EC number Enzyme superfamily Enzyme family List of enzymes
Kinetics	Enzyme kinetics Eadie–Hofstee diagram Hanes–Woolf plot Lineweaver–Burk plot Michaelis–Menten kinetics
Types	EC1 Oxidoreductases (list) EC2 Transferases (list) EC3 Hydrolases (list) EC4 Lyases (list) EC5 Isomerases (list) EC6 Ligases (list) EC7 Translocases (list)