Фосфопентозоэпимераза
| рибулозофосфат-3-эпимераза | |||
|---|---|---|---|
 Додекамер D-рибулозо-5-фосфат-3-эпимеразы, Francisco tularensis | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 5.1.3.1 | ||
| Номер CAS. | 9024-20-8 | ||
| 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 | ||
| |||
| Семейство рибулозо-фосфат-3-эпимераз | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | Рибул_P_3_epim | ||
| Пфам | PF00834 | ||
| ИнтерПро | IPR000056 | ||
| PROSITE | PDOC00833 | ||
| СКОП2 | 1рпх / ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ / СУПФАМ | ||
| |||
Фосфопентозоэпимераза (также известная как рибулозо-фосфат-3-эпимераза и рибулозо-5-фосфат-3-эпимераза , EC 5.1.3.1 ), кодируемая у человека RPE геном [1] представляет собой металлопротеин , который катализирует взаимное превращение D-рибулозо-5-фосфата и D-ксилулозо-5-фосфата. [2]
- D-рибулозо-5-фосфат D-ксилулозо-5-фосфат
Это обратимое преобразование необходимо для фиксации углерода в растениях (через цикл Кальвина ) и для неокислительной фазы пентозофосфатного пути . [3] [4] Этот фермент также участвует в дополнительных взаимопревращениях пентозы и глюкуроната.
У Cupriavidus metallidurans известны две копии гена, кодирующего PPE: [5] один кодируется хромосомой P40117 , другой находится на плазмиде Q04539 . СИЗ были обнаружены в широком спектре бактерий, архебактерий, грибов и растений. Все белки имеют от 209 до 241 аминокислотного остатка. Фермент имеет бочкообразную структуру ТИМ .
Номенклатура
[ редактировать ]Систематическое название этого класса ферментов — D-рибулозо-5-фосфат-3-эпимераза. Другие широко используемые имена включают
- фосфорибулозоэпимераза,
- эритрозо-4-фосфат-изомераза,
- фосфокепентозо-3-эпимераза,
- ксилулозофосфат-3-эпимераза,
- фосфокепентозоэпимераза,
- рибулозо-5-фосфат-3-эпимераза,
- D-рибулозофосфат-3-эпимераза,
- D-рибулозо-5-фосфатэпимераза,
- D-рибулозо-5-P 3-эпимераза,
- D-ксилулозо-5-фосфат-3-эпимераза и
- пентозо-5-фосфат-3-эпимераза.
Этот фермент участвует в трех метаболических путях : пентозофосфатном пути , взаимопревращениях пентозы и глюкуроната и фиксации углерода .
Человеческий белок, содержащий этот домен, представляет собой RPE (ген) .
Семья
[ редактировать ]Фосфопентозэпимераза принадлежит к двум семействам белков возрастающей иерархии. Этот фермент принадлежит к семейству изомераз , а именно к тем рацемазам и эпимеразам , которые действуют на углеводы и их производные. [2] Кроме того, база данных Структурной классификации белков определила суперсемейство «рибулозофосфатсвязывающих», эта эпимераза . членом которого является [2] Другими белками, включенными в это суперсемейство, являются 5'-монофосфатдекарбоксилаза (OMPDC) и 3-кето-1-гулонат-6-фосфатдекарбоксилаза (KGPDC).
Структура
[ редактировать ]По состоянию на конец 2007 года 4 структуры для этого класса ферментов были решены PDB с кодами доступа 1H1Y , 1H1Z , 1RPX и 1TQJ .
Общий
[ редактировать ]Кристаллографические исследования помогли выяснить апоферментную структуру фосфопентозоэпимеразы. Результаты этих исследований показали, что этот фермент существует в растворе в виде гомодимера . [6] [7] Кроме того, фосфопентозоэпимераза сворачивается в цилиндр (β/α) -8- триозофосфат-изомеразы (TIM), который включает петли. [3] Сердечник состоит из 8 параллельных нитей, составляющих центральный бета-лист , со спиралями, расположенными между последовательными нитями. Известно, что петли в этой структуре регулируют специфичность субстрата . В частности, петля, соединяющая спираль α6 с цепью β6, закрывает активный сайт при связывании субстрата. [3]
Как упоминалось ранее, фосфопентозэпимераза представляет собой металлофермент. ему требуется кофактор Для функциональности двухвалентного металла , и он связывает один катион на субъединицу. [8] Было показано, что этот фермент использует Zn. 2+ преимущественно для катализа , наряду с Co 2+ и Мн 2+ . [3] Однако человеческая фосфопентозоэпимераза, кодируемая геном RPE , отличается тем, что она связывает Fe. 2+ преимущественно в катализе. Фе 2+ координирован октаэдрически и стабилизирует промежуточный продукт реакции 2,3-ендиолят, наблюдаемый на рисунке. [3]
Активный сайт
[ редактировать ]Область петли β6/α6 взаимодействует с субстратом и регулирует доступ к активному центру. Phe147, Gly148 и Ala149 этой области блокируют активный сайт после того, как произошло связывание. Кроме того, Фе 2+ ион координируется с His35, His70, Asp37, Asp175 и кислородами O2 и O3 субстрата. [3] Связывание атомов субстрата с железа катионом помогает стабилизировать комплекс во время катализа. Исследования мутагенеза также показали, что две аспарагиновые кислоты расположены в активном центре и помогают осуществлять катализ посредством реакции переноса 1,1-протона. [2] Аспарагиновые кислоты являются кислотно-основными катализаторами. Наконец, как только лиганд присоединяется к активному сайту, ряд метионинов (Met39, Met72 и Met141) ограничивают дальнейшее движение за счет сжатия. [9]
Механизм
[ редактировать ]
Фосфопентоза использует каталитический механизм кислотно-основного типа. Реакция протекает таким образом, что промежуточным продуктом является транс-2,3-ендиолфосфат. [10] [11] Две упомянутые выше аспарагиновые кислоты действуют как доноры и акцепторы протонов. Asp37 и Asp175 оба связаны водородом с катионом железа в активном центре. [3] Когда Asp37 депротонируется, он атакует протон третьего углерода D-рибулозо-5-фосфата, который образует промежуточный продукт. [12] На согласованном этапе, когда Asp37 захватывает протон, карбонильная связь на субстрате захватывает второй протон Asp175, образуя гидроксильную группу. Комплекс железа помогает стабилизировать любые дополнительные заряды. подвергается C3 D-рибулозо-5-фосфата Этой эпимеризации , образуя D-ксилулозо-5-фосфат. [9] Механизм наглядно продемонстрирован на рисунке.
Функция
[ редактировать ]Цикл Кальвина
[ редактировать ]Эксперименты с электронной микроскопией на растениях показали, что фосфопентозэпимераза локализуется на тилакоидной мембране хлоропластов . [13] Эта эпимераза участвует в третьей фазе цикла Кальвина , которая включает регенерацию рибулозо-1,5-бисфосфата . RuBP является акцептором диоксида углерода ( CO 2 ) на первом этапе пути, что позволяет предположить, что фосфопентозоэпимераза регулирует поток через цикл Кальвина. Без регенерации рибулозо-1,5-бисфосфата цикл не сможет продолжаться. Следовательно, ксилулозо-5-фосфат обратимо превращается в рибулозо-5-фосфат под действием этой эпимеразы . Впоследствии фосфорибулозокиназа превращает рибулозо-5-фосфат в рибулозо-1,5-бисфосфат. [12]
Пентозофосфатный путь
[ редактировать ]Реакции пентозофосфатного пути (ПФП) протекают в цитоплазме . Фосфопентозоэпимераза специфически влияет на неокислительную часть пути, которая включает выработку различных сахаров и предшественников. [3] Этот фермент превращает рибулозо-5-фосфат в соответствующий эпимер для транскетолазы реакции - ксилулозо-5-фосфат . [12] Следовательно, реакция, происходящая в пентозофосфатном пути, в точности обратна реакции, происходящей в цикле Кальвина. Механизм остается тем же и включает образование промежуточного эндиолата.
Благодаря своему участию в этом пути фосфопентозоэпимераза является важным ферментом клеточного ответа на окислительный стресс. [3] Генерация НАДФН пентозофосфатным путем помогает защитить клетки от активных форм кислорода . НАДФН способен восстанавливать глутатион , который выводит токсины из организма, производя воду из перекиси водорода ( H 2 O 2 ). [3] Следовательно, фосфопентозоэпимераза не только изменяет поток через PPP, но также предотвращает накопление пероксидов.
Эволюция
[ редактировать ]Структуры многих аналогов фосфопентозоэпимераз были обнаружены посредством кристаллографических исследований. [14] [15] Благодаря его роли в цикле Кальвина и пентозофосфатном пути общая структура сохраняется. При сравнении последовательностей эволюционно далеких организмов наблюдалось сходство более 50%. [16] Однако аминокислоты, расположенные на границе раздела димеров , которые участвуют во многих межмолекулярных взаимодействиях, не обязательно консервативны. Важно отметить, что члены суперсемейства «рибулозофосфатсвязывающих» возникли в результате дивергентной эволюции от (β/α) 8 -бочкового предка. [2]
Нацеливание на лекарства и малярия
[ редактировать ]Простейший является организм Plasmodium falciparum основным возбудителем малярии . Фосфопентозоэпимераза участвует в шикиматном пути, важном пути распространения малярии. [17] Поскольку фермент превращает рибулозо-5-фосфат в ксилулозо-5-фосфат, последний далее метаболизируется в эритрозо-4-фосфат . Затем шикиматный путь превращает эритрозо-4-фосфат в хоризмат. [17] Именно фосфопентозоэпимераза позволяет Plasmodium falciparum использовать эриторс-4-фосфат в качестве субстрата. Из-за участия этого фермента в шикиматном пути фосфопентозоэпимераза является потенциальной мишенью для разработки противомалярийных препаратов.
См. также
[ редактировать ]- Фосфопентозоизомераза
- Фосфорибулозокиназа
- Пентозофосфатный путь
- ТИМ ствол
- RPE (человеческий ген, кодирующий рибулозо-фосфат-3-эпимеразу)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ « Ген RPE - рибулозо-5-фосфат-3-эпимераза» . Генные карты . 3 апреля 2024 г. Проверено 11 мая 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Акана Дж., Федоров А.А., Федоров Е., Новак В.Р., Бэббит П.С., Алмо С.К., Герлт Дж.А. (февраль 2006 г.). «D-рибулозо-5-фосфат-3-эпимераза: функциональные и структурные взаимоотношения с членами суперсемейства рибулозо-фосфатсвязывающих (бета / альфа) 8-цилиндров». Биохимия . 45 (8): 2493–503. дои : 10.1021/bi052474m . ПМИД 16489742 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Лян В., Оуян С., Шоу Н., Джоахимиак А., Чжан Р., Лю З.Дж. (февраль 2011 г.). «Превращение D-рибулозо-5-фосфата в D-ксилулозо-5-фосфат: новые данные структурных и биохимических исследований РПЭ человека» . Журнал ФАСЭБ . 25 (2): 497–504. дои : 10.1096/fj.10-171207 . ПМК 6188353 . ПМИД 20923965 .
- ^ Мендз, Джордж; Стюарт Хэзелл (1991). «Доказательства существования пентозофосфатного пути у Helicobacter pylori» . Письма FEMS по микробиологии . 84 (3): 331–336. дои : 10.1111/j.1574-6968.1991.tb04619.x .
- ^ Кусиан Б., Ю Дж.Г., Беднарски Р., Боуэн Б. (ноябрь 1992 г.). «Фермент цикла Кальвина пентозо-5-фосфат-3-эпимераза кодируется оперонами cfx хемоавтотрофа Alcaligenes eutropus» . Журнал бактериологии . 174 (22): 7337–44. дои : 10.1128/jb.174.22.7337-7344.1992 . ПМК 207429 . ПМИД 1429456 .
- ^ Чен Ю.Р., Хартман ФК, Лу Тай, Лаример Ф.В. (сентябрь 1998 г.). «D-рибулозо-5-фосфат-3-эпимераза: клонирование и гетерологичная экспрессия гена шпината, а также очистка и характеристика рекомбинантного фермента» . Физиология растений . 118 (1): 199–207. дои : 10.1104/стр.118.1.199 . ПМК 34857 . ПМИД 9733539 .
- ^ Кармали А., Дрейк А.Ф., Спенсер Н. (июнь 1983 г.). «Очистка, свойства и анализ D-рибулозо-5-фосфат-3-эпимеразы из эритроцитов человека» . Биохимический журнал . 211 (3): 617–23. дои : 10.1042/bj2110617 . ПМК 1154406 . ПМИД 6882362 .
- ^ «Рибулозофосфат-3-эпимераза» . ЮниПрот . Проверено 6 марта 2013 г.
- ^ Jump up to: а б Елакович С., Коприва С., Зюсс К.Х., Шульц Г.Е. (февраль 2003 г.). «Структура и каталитический механизм цитозольной D-рибулозо-5-фосфат-3-эпимеразы риса». Журнал молекулярной биологии . 326 (1): 127–35. дои : 10.1016/S0022-2836(02)01374-8 . ПМИД 12547196 .
- ^ Дас, Дебаджойти (1978). Биохимия . Академические издательства. стр. 454–460.
- ^ Дэвис Л., Ли Н., Глейзер Л. (сентябрь 1972 г.). «О механизме действия пентозофосфатэпимераз» . Журнал биологической химии . 247 (18): 5862–6. дои : 10.1016/S0021-9258(19)44837-0 . ПМИД 4560420 .
- ^ Jump up to: а б с Берг, Джереми (2006). Биохимия . WH Фриман и компания. стр. 570–580. ISBN 978-0-7167-8724-2 .
- ^ Чен Ю.Р., Лаример Ф.В., Серперсу Э.Х., Хартман (январь 1999 г.). «Идентификация каталитического аспартильного остатка D-рибулозо-5-фосфат-3-эпимеразы методом направленного мутагенеза» . Журнал биологической химии . 274 (4): 2132–6. дои : 10.1074/jbc.274.4.2132 . ПМИД 9890975 .
- ^ Новицки У., Вайрих Р., Вестхофф П., Хенце К., Шнарренбергер С., Мартин В. (декабрь 1995 г.). «Клонирование амфиболического цикла Кальвина / фермента OPPP D-рибулозо-5-фосфат-3-эпимеразы (EC 5.1.3.1) из хлоропластов шпината: функциональные и эволюционные аспекты». Молекулярная биология растений . 29 (6): 1279–91. дои : 10.1007/bf00020468 . ПМИД 8616224 . S2CID 4215318 .
- ^ Уайз Э.Л., Акана Дж., Герлт Дж.А., Рэймент I (сентябрь 2004 г.). «Структура D-рибулозо-5-фосфат-3-эпимеразы Synechocystis с разрешением 1,6 А». Acta Crystallographica Раздел D. 60 (Часть 9): 1687–90. дои : 10.1107/S0907444904015896 . ПМИД 15333955 .
- ^ Тейге М., Коприва С., Бауве Х., Зюсс К.Х. (декабрь 1995 г.). «Пентозо-5-фосфат-3-эпимераза хлоропластов из картофеля: клонирование, последовательность кДНК и накопление тканеспецифических ферментов» . Письма ФЭБС . 377 (3): 349–52. дои : 10.1016/0014-5793(95)01373-3 . ПМИД 8549753 . S2CID 34359563 .
- ^ Jump up to: а б Карутерс Дж., Бош Дж., Бакнер Ф., Ван Вурхис В., Майлер П., Уорти Э., Мехлин С., Бони Е., ДеТитта Дж., Люфт Дж., Лауриселла А., Калюжный О., Андерсон Л., Цукер Ф., Солтис М., Хол В.Г. (февраль) 2006). «Структура рибулозо-5-фосфат-3-эпимеразы Plasmodium falciparum». Белки . 62 (2): 338–42. дои : 10.1002/прот.20764 . ПМИД 16304640 . S2CID 9256275 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
