Сахарозо-фосфатсинтаза
| сахарозо-фосфатсинтаза | |||
|---|---|---|---|
 Мономер сахарозофосфатсинтазы, Halothermothrix orenii | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 2.4.1.14 | ||
| Номер CAS. | 9030-06-2 | ||
| 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 | ||
| |||
Сахарозо-фосфатсинтаза ( SPS ) — растительный фермент, участвующий в сахарозы биосинтезе . В частности, этот фермент катализирует перенос гексозильной группы от уридиндифосфат-глюкозы ( УДФ-глюкоза ) к D- фруктозо-6-фосфату с образованием UDP и D-сахарозо-6-фосфата. [ 1 ] [ 2 ] Этот обратимый этап действует как ключевая точка регуляторного контроля в биосинтезе сахарозы и является прекрасным примером различных стратегий регуляции ключевых ферментов, таких как аллостерический контроль и обратимое фосфорилирование . [ 3 ]
Этот фермент участвует в крахмала и сахарозы метаболизме . [ 2 ]
Номенклатура
[ редактировать ]Этот фермент принадлежит к семейству гликозилтрансфераз , в частности гексозилтрансфераз . Систематическое название этого класса ферментов — УДФ-глюкоза:D-фруктозо-6-фосфат-2-альфа-D-глюкозилтрансфераза. Другие широко используемые названия включают УДФ-глюкозо-фруктозо-фосфатглюкозилтрансферазу, сахарозофосфат-УДФ-глюкозилтрансферазу, УДФ-глюкозо-фруктозо-фосфатглюкозилтрансферазу, SPS, уридиндифосфоглюкозо-фруктозофосфатглюкозилтрансферазу, сахарозо-6-фосфатсинтазу, сахарозофосфатсинтетазу и сахарозу. фосфат-уридиндифосфатглюкозилтрансфераза.
Структура
[ редактировать ]
Рентгеноструктурные исследования показали, что структура Halothermothrix orenii SPS принадлежит к семейству складок GT-B. [ 1 ] Как и другие белки GT-B, SPS содержит два складки Россмана домена , которые называются доменом A и доменом B. [ 4 ] Как правило, структура этих доменов несколько схожа, поскольку оба содержат центральные бета-листы , окруженные альфа-спиралями . Однако домен A состоит из восьми параллельных бета-цепей и семи альфа-спиралей, тогда как домен B содержит шесть параллельных бета-цепей и девять альфа-спиралей. Эти домены соединены петлями остатков , образуя щель, связывающую субстрат , где связывается акцептор глюкозильной группы. [ 1 ]
Хотя H. orenii является нефотосинтезирующей бактерией , различные исследования показывают, что структура ее СПС аналогична СПС растений. Во-первых, антитела с высокой специфичностью к SPS растений также нацелены на бактериальные SPS, что указывает на то, что структура достаточно консервативна, чтобы антитело могло распознавать фермент как антиген. Более того, геномные исследования показывают, что близкородственные растительные гомологи демонстрируют идентичность последовательностей до 54%. [ 1 ]
Механизм
[ редактировать ]
В открытой конформации SPS H. orenii фруктозо-6-фосфат образует водородные связи с остатками Gly-33 и Gln-35 в домене A, тогда как UDP-глюкоза взаимодействует с B-доменом. Исследования кристаллической структуры показывают, что после связывания два домена скручиваются, сужая вход в щель, связывающую субстрат, с 20 Å до 6 Å. В этой закрытой конформации остаток Gly-34 домена А взаимодействует с УДФ-глюкозой и заставляет субстрат адаптировать складчатую структуру, способствуя отдаче им гексозильной группы. [ 4 ]
6-фосфат будет взаимодействовать с UDP через водородную связь, что снижает энергию активации реакции После связывания фруктозо - и стабилизирует переходное состояние . Наконец, атом C1 УДФ-глюкозы подвергается нуклеофильной атаке атома кислорода во фруктозо-6-фосфате, что приводит к переносу глюкозильной группы на фруктозо-6-фосфат. В настоящее время неясно, требует ли этот механизм двухвалентного иона, но неудачные попытки поймать и обнаружить присутствие катиона позволяют магния предположить, что этот механизм не зависит от ионов металлов. [ 1 ] [ 4 ]
Стратегии регулирования
[ редактировать ]фосфорилирование
[ редактировать ]SPS- киназа обратимо фосфорилирует остаток серина и впоследствии дезактивирует SPS. В шпинате и кукурузе сайт регуляции фосфорилирования был идентифицирован как Ser158 и Ser162 соответственно. Хотя в настоящее время неясно, фосфорилируется ли этот гомолог серильного остатка в других SPS растений для подавления активности SPS, консервация соседних остатков наблюдалась и у других видов растений. Эта консервативная последовательность потенциально может способствовать распознаванию регуляторной SPS-киназы. После фосфорилирования инактивированный фермент может быть дефосфорилирован и реактивирован SPS-фосфатазой. Помимо контроля уровня сахарозы в клетке, регуляция посредством фосфорилирования может помочь клетке адаптироваться к гиперосмотическим условиям; во время осмотического стресса серильный остаток фосфорилируется и активность фермента снижается. [ 3 ] Эта стратегия регуляции также контролирует поток углерода в результате фотосинтеза, поскольку исследования показывают, что путь передачи сигнала, ответственный за активацию SPS, реагирует на световой стимул. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
Аллостерия
[ редактировать ]фермента Глюкозо-6-фосфат связывается с аллостерическим участком, что приводит к конформационным изменениям SPS, которые увеличивают сродство к субстрату, принимающему глюкозил. Неорганический фосфат также может связываться с этим аллостерическим участком, предотвращая активацию глюкозо-6-фосфата SPS. Подобно регуляции посредством фосфорилирования, эта стратегия регуляции также тесно связана с фотосинтезом, поскольку высокая скорость фотосинтеза приводит к истощению уровней неорганического фосфата и увеличению концентрации глюкозо-6-фосфата в хлоропластах . [ 8 ] В целом, увеличение скорости фотосинтеза увеличит активность СПС.
Функция
[ редактировать ]SPS играет важную роль в распределении углерода между сахарозой и крахмалом в фотосинтезирующих и нефотосинтезирующих тканях , влияя на рост и развитие растения. [ 2 ] [ 8 ] [ 9 ] При созревании фруктов SPS отвечает за преобразование крахмала в сахарозу и другие растворимые сахара. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] Кроме того, SPS также активен в клетках , которые в основном расщепляют сахарозу, участвуя в бесполезных циклах, которые приводят к большим и быстрым изменениям потока сахарозы . [ 3 ]
При низкой температуре повышается активность СПС и скорость биосинтеза сахарозы. Накопление сахарозы выгодно при низкой температуре, поскольку сахароза представляет собой форму хранения энергии, которая может быстро метаболизироваться для респираторных целей. Кроме того, повышенное количество сахарозы может помочь растению противостоять заморозкам. [ 13 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Чуа Т.К., Буйницки Дж.М., Тан Т.К., Хюинь Ф., Патель Б.К., Шивараман Дж. (апрель 2008 г.). «Структура сахарозофосфатсинтазы Halothermothrix orenii раскрывает механизм ее действия и способ связывания» . Растительная клетка . 20 (4): 1059–72. дои : 10.1105/tpc.107.051193 . ПМК 2390747 . ПМИД 18424616 .
- ^ Jump up to: а б с Левин М. (2011). Темы стоматологической биохимии . Спрингер. стр. 17–27 . ISBN 978-3-540-88115-5 .
- ^ Jump up to: а б с Хубер С.К., Хубер Дж.Л. (июнь 1996 г.). «РОЛЬ И РЕГУЛЯЦИЯ САХАРОЗО-ФОСФАТ-СИНТАЗЫ В ВЫСШИХ РАСТЕНИЯХ». Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений . 47 : 431–444. CiteSeerX 10.1.1.473.6911 . дои : 10.1146/annurev.arplant.47.1.431 . ПМИД 15012296 .
- ^ Jump up to: а б с Бретон С, Снайдрова Л, Жанно С, Коча Дж, Имберти А (февраль 2006 г.). «Структуры и механизмы гликозилтрансфераз» . Гликобиология . 16 (2): 29П–37П. дои : 10.1093/гликоб/cwj016 . ПМИД 16037492 .
- ^ Хубер С.К., Хубер Дж.Л. (август 1992 г.). «Роль сахарозо-фосфатсинтазы в обмене сахарозы в листьях» . Физиология растений . 99 (4): 1275–8. дои : 10.1104/стр.99.4.1275 . ПМК 1080620 . ПМИД 16669032 .
- ^ МакМайкл Р.В., Бахманн М., Хубер С.К. (июль 1995 г.). «Сукрозо-фосфатсинтаза и нитратредуктаза листьев шпината фосфорилируются/инактивируются множеством протеинкиназ in vitro» . Физиология растений . 108 (3): 1077–1082. дои : 10.1104/стр.108.3.1077 . ПМЦ 157459 . ПМИД 12228528 .
- ^ Галтье Н., Фойер CH, Хубер Дж., Фолькер Т.А., Хубер СК (февраль 1993 г.). «Влияние повышенной активности сахарозо-фосфатсинтазы на фотосинтез, разделение ассимилятов и рост томатов (Lycopersicon esculentum var UC82B)» . Физиология растений . 101 (2): 535–543. дои : 10.1104/стр.101.2.535 . ПМК 160601 . ПМИД 12231708 .
- ^ Jump up to: а б Дёлерт, округ Колумбия, Хубер, Южная Каролина (декабрь 1983 г.). «Регуляция сахарозофосфатсинтазы листьев шпината с помощью глюкозо-6-фосфата, неорганического фосфата и pH» . Физиология растений . 73 (4): 989–94. дои : 10.1104/стр.73.4.989 . ПМЦ 1066594 . ПМИД 16663357 .
- ^ Хубер СК (апрель 1983 г.). «Роль сахарозо-фосфатсинтазы в распределении углерода в листьях» . Физиология растений . 71 (4): 818–21. дои : 10.1104/стр.71.4.818 . ПМК 1066128 . ПМИД 16662913 .
- ^ Хаббард Н.Л., Фарр Д.М., Хубер С.С. (1991). «Сахарозофосфатсинтаза и другие ферменты, метаболизирующие сахарозу, в плодах различных видов». Физиология Плантарум . 82 (2): 191–196. дои : 10.1111/j.1399-3054.1991.tb00080.x .
- ^ Хаббард Н.Л., Хубер С.К., Фарр Д.М. (декабрь 1989 г.). «Сахарозофосфатсинтаза и кислая инвертаза как детерминанты концентрации сахарозы в развивающихся плодах мускусной дыни (Cucumis melo L.)» . Физиология растений . 91 (4): 1527–34. дои : 10.1104/стр.91.4.1527 . ПМЦ 1062217 . ПМИД 16667212 .
- ^ Мирон Д., Шаффер А.А. (февраль 1991 г.). «Активность сахарозофосфатсинтазы, сахарозосинтазы и инвертазы в развитии плодов Lycopersicon esculentum Mill. и накапливающих сахарозу Lycopersicon hirsutum Humb. and Bonpl» . Физиология растений . 95 (2): 623–7. дои : 10.1104/стр.95.2.623 . ПМЦ 1077577 . ПМИД 16668028 .
- ^ Гай CL, Хубер Дж.Л., Хубер С.С. (сентябрь 1992 г.). «Сакрозофосфатсинтаза и накопление сахарозы при низкой температуре» . Физиология растений . 100 (1): 502–8. дои : 10.1104/стр.100.1.502 . JSTOR 4274654 . ПМЦ 1075578 . ПМИД 16652990 .
