Дезоксирибозофосфатальдолаза

показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

дезоксирибозофосфатальдолаза
дезоксирибозофосфатальдолаза
Идентификаторы
Номер ЕС.	4.1.2.4
Номер CAS.	9026-97-5
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

Фермент . дезоксирибозофосфатальдолаза ( КФ 4.1.2.4 ) катализирует обратимую химическую реакцию

2-дезокси-D-рибозо-5-фосфат

\rightleftharpoons

D-глицеральдегид 3-фосфат + ацетальдегид

Этот фермент принадлежит к семейству лиаз , в частности альдегидлиаз, которые расщепляют углерод-углеродные связи. Систематическое название этого класса ферментов — 2-дезокси-D-рибозо-5-фосфатацетальдегидельиаза (D-глицеральдегид-3-фосфатобразующая) . Другие широко используемые названия включают фосфодезоксирибоальдолазу , дезоксирибоальдолазу , дезоксирибозо-5-фосфатальдолазу , 2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолазу и 2-дезокси-D-рибозо-5-фосфат ацетальдегидельазу .

Ферментный механизм

Среди альдолаз DERA является одной из двух альдолаз, способных использовать в качестве субстрата два альдегида (второй — FSA ). ^{[ 1 ]} Кристаллография показывает, что фермент представляет собой альдолазу класса I, поэтому механизм протекает через образование основания Шиффа с Lys. ¹⁶⁷ на активном сайте. Ближайший остаток, Lys ²⁰¹, имеет решающее значение для реакции, увеличивая кислотность протонированного Lys ¹⁶⁷, поэтому образование основания Шиффа может происходить легче. ^{[ 2 ]}

Поскольку равновесие реакции, как написано, находится на стороне реагента, DERA также можно использовать для катализа обратной альдольной реакции. Было обнаружено, что фермент проявляет некоторую распущенность, принимая в качестве субстратов различные карбонильные соединения: ацетальдегид можно заменить другими небольшими альдегидами или ацетоном; и вместо D-глицеральдегид-3-фосфата можно использовать различные альдегиды. Однако из-за пространственного расположения стабилизирующих взаимодействий электрофильного альдегида в активном центре альдольная реакция стереоспецифична и дает (S) -конфигурацию при активном углероде. Молекулярное моделирование активного центра показало гидрофильный карман, образованный Thr. ¹⁷⁰ и Лис ¹⁷² для стабилизации С2-гидроксигруппы D-глицеральдегид-3-фосфата, тогда как С2-атом водорода стабилизируется в гидрофобном кармане. Когда в качестве субстрата используется рацемическая смесь глицеральдегид-3-фосфата, в реакцию вступает только D-изомер. ^{[ 3 ]}

Структура фермента

Мономер DERA содержит бочкообразную укладку TIM α/β , что соответствует другим альдолазам класса I. ^{[ 2 ]} Структура DERA во многих организмах: DERA из Escherichia coli и Aeropyrum pernix на 37,7% идентичны последовательностям с DERA из Thermus thermophilus HB8 . ^{[ 4 ]} Механизм реакции также сохраняется между DERA.

В растворе DERA встречаются в виде гомодимеров или гомотетрамеров. Олигомерная природа фермента не способствует ферментативной активности, но служит повышению термической стабильности за счет гидрофобных взаимодействий и водородных связей между межфазными остатками. ^{[ 5 ]}

По состоянию на конец 2007 года 10 структур для этого класса ферментов было решено PDB с кодами доступа 1JCJ , 1JCL , 1KTN , 1MZH , 1N7K , 1O0Y , 1P1X , 1UB3 , 1VCV и 2A4A .

Биологическая функция

DERA является частью индуцибельного оперона део у бактерий, который позволяет преобразовывать экзогенные дезоксирибонуклеозиды для выработки энергии. ^{[ 6 ]} Продукты DERA, глицеральдегид-3-фосфат и ацетальдегид (впоследствии превращающиеся в ацетил-КоА) могут вступать в пути гликолиза и цикла Кребса соответственно.

У людей DERA в основном экспрессируется в легких, печени и толстой кишке и необходим для клеточной реакции на стресс . После индукции окислительного стресса или митохондриального стресса DERA колокализуется со стрессовыми гранулами и связывается с YBX1 , известным белком стрессовых гранул. Клетки с высокой экспрессией DERA были способны использовать экзогенный дезоксиинозин для производства АТФ при недостатке глюкозы и инкубации с митохондриальным разобщителем FCCP. ^{[ 7 ]}

Промышленная значимость

DERA используется в химическом синтезе в качестве инструмента для зеленых энантиоселективных альдольных реакций. Формирование скелета дезоксирибозы из небольших молекул может облегчить синтез нуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы . ^{[ 8 ]} Например, DERA использовался в смеси пяти ферментов при биокаталитическом синтезе ислатравира . ^{[ 9 ]}

DERA также использовался для проведения тандемных альдольных реакций с тремя альдегидными субстратами, при этом равновесие реакции обусловлено образованием шестичленного циклического полуацеталя. ^{[ 10 ]} Это промежуточное соединение использовалось в синтезе статиновых препаратов, таких как аторвастатин . ^{[ 11 ]} розувастатин и мевастатин . ^{[ 12 ]}

Природные DERA демонстрируют низкую толерантность к высоким концентрациям ацетальдегида. ^{[ 13 ]} из-за образования высокореактивного промежуточного соединения кротональдегида , который необратимо инактивирует фермент. ^{[ 14 ]} Эта особенность затрудняет промышленное применение DERA, поскольку концентрация используемого ацетальдегида будет ограничена. Чтобы преодолеть это, была использована направленная эволюция для улучшения толерантности DERA к ацетальдегиду до 400 мМ. ^{[ 9 ]}

Ссылки

^ Комната, Домитилла; Герар-Элен, Кристина; Дарий, Екатерина; Брак, Алина; Пети, Жан-Луи; Саланубат, Марсель; де Берардини, Вероника; Лемэр, Мариэль; Хелейн, Вирджил (2019). «2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолаза, чрезвычайно толерантная к нуклеофильным субстратам альдолаза». Химические коммуникации . 55 (52): 7498–7501. дои : 10.1039/c9cc03361k . ПМИД 31187106 .
^ Jump up to: ^а ^б Хейне, Андреас; Луз, Джон Г.; Вонг, Чи-Хьюи; Уилсон, Ян А. (октябрь 2004 г.). «Анализ архитектуры сайта связывания альдолазы класса I на основе кристаллической структуры 2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолазы при разрешении 0,99 Å». Журнал молекулярной биологии . 343 (4): 1019–1034. дои : 10.1016/j.jmb.2004.08.066 . ПМИД 15476818 .
^ Лю, Цзюньцзе; Вонг, Чи-Хьюи (15 апреля 2002 г.). «Асимметричный синтез новых пиранозных синтонов, катализируемый альдолазой, как новый элемент гетероциклов и эпотилонов». Angewandte Chemie, международное издание . 41 (8): 1404–1407. doi : 10.1002/1521-3773(20020415)41:8<1404::AID-ANIE1404>3.0.CO;2-G . ПМИД 19750780 .
^ Локанат, Северная Каролина; Широмидзу, И.; Осима, Н.; Нодаке, Ю.; Сугахара, М.; Ёкояма, С.; Курамицу, С.; Мияно, М.; Кунисима, Н. (1 октября 2004 г.). «Структура альдолазы Thermus thermophilus HB8, показывающая вклад олигомерного состояния в термостабильность». Acta Crystallographica Раздел D. 60 (10): 1816–1823. дои : 10.1107/S0907444904020190 . ISSN 0907-4449 . ПМИД 15388928 .
^ Дик, Маркус; Вайергребер, Оливер Х.; Классен, Томас; Бистерфельд, Кэролин; Брамски, Юлия; Гольке, Хольгер; Петрушка, Йорг (19 января 2016 г.). «Обмен стабильностью на активность экстремофильных альдолаз» . Научные отчеты . 6 (1): 17908. Бибкод : 2016NatSR...617908D . дои : 10.1038/srep17908 . ПМЦ 4725968 . ПМИД 26783049 .
^ Ломакс, М.С.; Гринберг, Г.Р. (август 1968 г.). «Характеристики оперона део: роль в утилизации тимина и чувствительность к дезоксирибонуклеозидам» . Журнал бактериологии . 96 (2): 501–14. дои : 10.1128/JB.96.2.501-514.1968 . ПМК 252324 . ПМИД 4877128 .
^ Саллерон, Лиза; Магистрелли, Джованни; Мэри, Камилла; Фишер, Николас; Байрох, Амос; Лейн, Лиди (декабрь 2014 г.). «DERA — это дезоксирибозофосфатальдолаза человека, участвующая в реакции на стресс» . Биохимия и биофизика Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1843 (12): 2913–2 дои : 10.1016/j.bbamcr.2014.09.007 . ПМИД 25229427 .
^ ХОРИНУТИ, Нобуюки; ОГАВА, июнь; КАВАНО, Такако; САКАИ, Такафуми; САИТО, Киота; МАСУМОТО, Сейитиро; САСАКИ, Миэ; МИКАМИ, Ёичи; СИМИДЗУ, Сакаю (22 мая 2014 г.). «Эффективное производство 2-дезоксирибозо-5-фосфата из глюкозы и ацетальдегида путем сочетания системы спиртовой ферментации пекарских дрожжей и экспрессирующей дезоксирибоальдолазу» . Бионауки, биотехнологии и биохимия . 70 (6): 1371–1378. дои : 10.1271/bbb.50648 . ПМИД 16794316 . S2CID 22227871 .
^ Jump up to: ^а ^б Хаффман, Марк А.; Фрышковская, Анна; Альвизо, Оскар; Борра-Гарске, Марджи; Филдс, Кевин Р.; Канада, Кейт А.; Дивайн, Пол Н.; Дуань, Да; Форстейтер, Джейкоб Х.; Гроссер, Шейн Т.; Хэлси, Холст М.; Хьюз, Грегори Дж.; Джо, Джунён; Джойс, Лео А.; Колев, Джошуа Н.; Лян, Джек; Мэлони, Кевин М.; Манн, Бенджамин Ф.; Маршалл, Николас М.; Маклафлин, Марк; Мур, Джеффри С.; Мерфи, Грант С.; Райт, Кристофер С.; Назор, Иована; Новик, Скотт; Патель, Ники Р.; Родригес-Гранильо, Августин; Ограбление, Сандра А.; Шерер, Эдвард К.; Труппо, Мэтью Д.; Уиттакер, Аарон М.; Верма, Диптак; Сяо, Ли; Сюй, Инджу; Ян, Ваш (5 декабря 2019 г.). «Разработка биокаталитического каскада in vitro для производства ислатравира» . Наука 366 (6470): 1255–1259. Бибкод : 2019Наука... 366.1255H дои : 10.1126/science.aay8484 . ПМИД 31806816 . S2CID 208738388 .
^ ГЕЙСЕН, HJM; ВОНГ, К.-Х. (18 августа 2010 г.). "ХимИнформ Резюме: Беспрецедентные асимметричные альдольные реакции с тремя альдегидными субстратами, катализируемые 2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолазой". ХимИнформ . 26 (15): нет. дои : 10.1002/chin.199515259 . ISSN 0931-7597 .
^ Йенневейн, Стефан; Шюрманн, Мартин; Вольберг, Майкл; Хилкер, Ирис; Люйтен, Рууд; Вубболтс, Марсель; Минк, Дэниел (май 2006 г.). «Направленная эволюция промышленного биокатализатора: 2-дезокси-D-рибозо-5-фосфатальдолазы». Биотехнологический журнал . 1 (5): 537–548. дои : 10.1002/biot.200600020 . ПМИД 16892289 .
^ Патель, Рамеш Н. (апрель 2018 г.). «Биокатализ для синтеза фармацевтических препаратов». Биоорганическая и медицинская химия . 26 (7): 1252–1274. дои : 10.1016/j.bmc.2017.05.023 . ПМИД 28648492 .
^ Харидас, Мира; Абдельрахим, Эман ММ; Ханефельд, Ульф (3 октября 2018 г.). «2-Дезокси-д-рибозо-5-фосфатальдолаза (DERA): применение и модификации» . Прикладная микробиология и биотехнология . 102 (23): 9959–9971. дои : 10.1007/s00253-018-9392-8 . ПМК 6244999 . ПМИД 30284013 .
^ Дик, Маркус; Хартманн, Рудольф; Вайергребер, Оливер Х.; Бистерфельд, Кэролин; Классен, Томас; Швартен, Мелани; Нойдекер, Филипп; Уиллболд, Дитер; Петрушка, Йорг (2016). «Механизм ингибирования альдолазы при высоких концентрациях ее природного субстрата ацетальдегида: структурные идеи и защитные стратегии» . Химическая наука . 7 (7): 4492–4502. дои : 10.1039/c5sc04574f . ПМК 6016325 . ПМИД 30155096 .

Хоффи, Пенсильвания (1968). «2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолаза Salmonella typhimurium: очистка и свойства». Арх. Биохим. Биофиз . 126 (3): 795–802. дои : 10.1016/0003-9861(68)90473-6 . ПМИД 4879701 .
Едзиняк Дж.А., Лионетти Ф.Дж. (1970). «Очистка и свойства дезоксирибоальдолазы из эритроцитов человека». Биохим. Биофиз. Акта . 212 (3): 478–87. дои : 10.1016/0005-2744(70)90254-8 . ПМИД 4989681 .
Рэкер Э (1952). «Ферментативный синтез и расщепление дезоксирибозофосфата». Ж. Биол. Хим . 196 (1): 347–65. ПМИД 12980976 .
Хоффи П., Розен О.М., Хорекер Б.Л. (1965). «Механизм действия альдолаз. VI. Кристаллизация дезоксирибозо-5-фосфатальдолазы и количество активных центров». Ж. Биол. Хим . 240 : 1512–1516. PMID 14285485 .

[1] Комната, Домитилла; Герар-Элен, Кристина; Дарий, Екатерина; Брак, Алина; Пети, Жан-Луи; Саланубат, Марсель; де Берардини, Вероника; Лемэр, Мариэль; Хелейн, Вирджил (2019). «2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолаза, чрезвычайно толерантная к нуклеофильным субстратам альдолаза». Химические коммуникации . 55 (52): 7498–7501. дои : 10.1039/c9cc03361k . ПМИД 31187106 .

[autogenerated1-2] Jump up to: ^а ^б Хейне, Андреас; Луз, Джон Г.; Вонг, Чи-Хьюи; Уилсон, Ян А. (октябрь 2004 г.). «Анализ архитектуры сайта связывания альдолазы класса I на основе кристаллической структуры 2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолазы при разрешении 0,99 Å». Журнал молекулярной биологии . 343 (4): 1019–1034. дои : 10.1016/j.jmb.2004.08.066 . ПМИД 15476818 .

[3] Лю, Цзюньцзе; Вонг, Чи-Хьюи (15 апреля 2002 г.). «Асимметричный синтез новых пиранозных синтонов, катализируемый альдолазой, как новый элемент гетероциклов и эпотилонов». Angewandte Chemie, международное издание . 41 (8): 1404–1407. doi : 10.1002/1521-3773(20020415)41:8<1404::AID-ANIE1404>3.0.CO;2-G . ПМИД 19750780 .

[4] Локанат, Северная Каролина; Широмидзу, И.; Осима, Н.; Нодаке, Ю.; Сугахара, М.; Ёкояма, С.; Курамицу, С.; Мияно, М.; Кунисима, Н. (1 октября 2004 г.). «Структура альдолазы Thermus thermophilus HB8, показывающая вклад олигомерного состояния в термостабильность». Acta Crystallographica Раздел D. 60 (10): 1816–1823. дои : 10.1107/S0907444904020190 . ISSN 0907-4449 . ПМИД 15388928 .

[5] Дик, Маркус; Вайергребер, Оливер Х.; Классен, Томас; Бистерфельд, Кэролин; Брамски, Юлия; Гольке, Хольгер; Петрушка, Йорг (19 января 2016 г.). «Обмен стабильностью на активность экстремофильных альдолаз» . Научные отчеты . 6 (1): 17908. Бибкод : 2016NatSR...617908D . дои : 10.1038/srep17908 . ПМЦ 4725968 . ПМИД 26783049 .

[6] Ломакс, М.С.; Гринберг, Г.Р. (август 1968 г.). «Характеристики оперона део: роль в утилизации тимина и чувствительность к дезоксирибонуклеозидам» . Журнал бактериологии . 96 (2): 501–14. дои : 10.1128/JB.96.2.501-514.1968 . ПМК 252324 . ПМИД 4877128 .

[7] Саллерон, Лиза; Магистрелли, Джованни; Мэри, Камилла; Фишер, Николас; Байрох, Амос; Лейн, Лиди (декабрь 2014 г.). «DERA — это дезоксирибозофосфатальдолаза человека, участвующая в реакции на стресс» . Биохимия и биофизика Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1843 (12): 2913–2 дои : 10.1016/j.bbamcr.2014.09.007 . ПМИД 25229427 .

[8] ХОРИНУТИ, Нобуюки; ОГАВА, июнь; КАВАНО, Такако; САКАИ, Такафуми; САИТО, Киота; МАСУМОТО, Сейитиро; САСАКИ, Миэ; МИКАМИ, Ёичи; СИМИДЗУ, Сакаю (22 мая 2014 г.). «Эффективное производство 2-дезоксирибозо-5-фосфата из глюкозы и ацетальдегида путем сочетания системы спиртовой ферментации пекарских дрожжей и экспрессирующей дезоксирибоальдолазу» . Бионауки, биотехнологии и биохимия . 70 (6): 1371–1378. дои : 10.1271/bbb.50648 . ПМИД 16794316 . S2CID 22227871 .

[autogenerated2-9] Jump up to: ^а ^б Хаффман, Марк А.; Фрышковская, Анна; Альвизо, Оскар; Борра-Гарске, Марджи; Филдс, Кевин Р.; Канада, Кейт А.; Дивайн, Пол Н.; Дуань, Да; Форстейтер, Джейкоб Х.; Гроссер, Шейн Т.; Хэлси, Холст М.; Хьюз, Грегори Дж.; Джо, Джунён; Джойс, Лео А.; Колев, Джошуа Н.; Лян, Джек; Мэлони, Кевин М.; Манн, Бенджамин Ф.; Маршалл, Николас М.; Маклафлин, Марк; Мур, Джеффри С.; Мерфи, Грант С.; Райт, Кристофер С.; Назор, Иована; Новик, Скотт; Патель, Ники Р.; Родригес-Гранильо, Августин; Ограбление, Сандра А.; Шерер, Эдвард К.; Труппо, Мэтью Д.; Уиттакер, Аарон М.; Верма, Диптак; Сяо, Ли; Сюй, Инджу; Ян, Ваш (5 декабря 2019 г.). «Разработка биокаталитического каскада in vitro для производства ислатравира» . Наука 366 (6470): 1255–1259. Бибкод : 2019Наука... 366.1255H дои : 10.1126/science.aay8484 . ПМИД 31806816 . S2CID 208738388 .

[10] ГЕЙСЕН, HJM; ВОНГ, К.-Х. (18 августа 2010 г.). "ХимИнформ Резюме: Беспрецедентные асимметричные альдольные реакции с тремя альдегидными субстратами, катализируемые 2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолазой". ХимИнформ . 26 (15): нет. дои : 10.1002/chin.199515259 . ISSN 0931-7597 .

[11] Йенневейн, Стефан; Шюрманн, Мартин; Вольберг, Майкл; Хилкер, Ирис; Люйтен, Рууд; Вубболтс, Марсель; Минк, Дэниел (май 2006 г.). «Направленная эволюция промышленного биокатализатора: 2-дезокси-D-рибозо-5-фосфатальдолазы». Биотехнологический журнал . 1 (5): 537–548. дои : 10.1002/biot.200600020 . ПМИД 16892289 .

[12] Патель, Рамеш Н. (апрель 2018 г.). «Биокатализ для синтеза фармацевтических препаратов». Биоорганическая и медицинская химия . 26 (7): 1252–1274. дои : 10.1016/j.bmc.2017.05.023 . ПМИД 28648492 .

[13] Харидас, Мира; Абдельрахим, Эман ММ; Ханефельд, Ульф (3 октября 2018 г.). «2-Дезокси-д-рибозо-5-фосфатальдолаза (DERA): применение и модификации» . Прикладная микробиология и биотехнология . 102 (23): 9959–9971. дои : 10.1007/s00253-018-9392-8 . ПМК 6244999 . ПМИД 30284013 .

[14] Дик, Маркус; Хартманн, Рудольф; Вайергребер, Оливер Х.; Бистерфельд, Кэролин; Классен, Томас; Швартен, Мелани; Нойдекер, Филипп; Уиллболд, Дитер; Петрушка, Йорг (2016). «Механизм ингибирования альдолазы при высоких концентрациях ее природного субстрата ацетальдегида: структурные идеи и защитные стратегии» . Химическая наука . 7 (7): 4492–4502. дои : 10.1039/c5sc04574f . ПМК 6016325 . ПМИД 30155096 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

v т и Углерод-углеродные лиазы ( КФ 4.1)
4.1.1: Carboxy-lyases	Acetoacetate decarboxylase Adenosylmethionine decarboxylase Arginine decarboxylase Aromatic L-amino acid decarboxylase Glutamate decarboxylase Histidine decarboxylase Lysine decarboxylase Malonyl-CoA decarboxylase Ornithine decarboxylase Oxaloacetate decarboxylase Phosphoenolpyruvate carboxykinase Phosphoenolpyruvate carboxylase Phosphoribosylaminoimidazole carboxylase Pyrophosphomevalonate decarboxylase Pyruvate decarboxylase RuBisCO Uridine monophosphate synthetase/Orotidine 5'-phosphate decarboxylase Uroporphyrinogen III decarboxylase
4.1.2: Aldehyde-lyases	Fructose-bisphosphate aldolase Aldolase A Aldolase B Aldolase C 2-hydroxyphytanoyl-CoA lyase Threonine aldolase
4.1.3: Oxo-acid-lyases	Isocitrate lyase 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyase
4.1.99: Other	Tryptophanase Photolyase CPD lyase Spore photoproduct lyase

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)