Рибозо-5-фосфат-изомераза
| рибозо-5-фосфат-изомераза | |||
|---|---|---|---|
 Гомотетрамер D-рибозо-5-фосфат-изомеразы, Pyrococcus horikoshii | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 5.3.1.6 | ||
| Номер CAS. | 9023-83-0 | ||
| 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 | ||
| |||
Рибозо-5-фосфат-изомераза ( Rpi ), кодируемая геном RPIA, представляет собой фермент ( EC 5.3.1.6 ) , который катализирует превращение рибозо-5-фосфата (R5P) в рибулозо-5-фосфат (Ru5P). Это член более широкого класса изомераз , которые катализируют взаимное превращение химических изомеров (в данном случае структурных изомеров пентозы ). Он играет жизненно важную роль в биохимическом метаболизме как в пентозофосфатном пути, так и в цикле Кальвина . Систематическое название этого класса ферментов — D-рибозо-5-фосфат-альдозо-кетозоизомераза .
Структура
[ редактировать ]Ген
[ редактировать ]RpiA у человека кодируется на второй хромосоме короткого плеча (p-плеча) в положении 11.2. Его кодирующая последовательность имеет длину около 60 000 пар оснований. [1] Единственная известная встречающаяся в природе генетическая мутация приводит к дефициту рибозо-5-фосфат-изомеразы , обсуждаемому ниже. Считается, что этот фермент присутствовал на протяжении большей части эволюционной истории. Эксперименты по нокауту, проведенные на генах различных видов, предназначенных для кодирования RpiA, выявили схожие консервативные остатки и структурные мотивы, что указывает на древнее происхождение гена. [2]
Белок
[ редактировать ]
Rpi существует в виде двух отдельных белков, называемых RpiA и RpiB. Хотя RpiA и RpiB катализируют одну и ту же реакцию, они не демонстрируют никакой последовательности или общей структурной гомологии . По мнению Юнга и др., [3] оценка RpiA с использованием SDS-PAGE показывает, что фермент представляет собой гомодимер из субъединиц массой 25 кДа. Молекулярная масса димера RpiA составила 49 кДа. [3] методом гель-фильтрации . Недавно была определена кристаллическая структура RpiA. (см. http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/97516673/PDFSTAR). [ постоянная мертвая ссылка ] )
Благодаря своей роли в пентозофосфатном пути и цикле Кальвина RpiA высоко консервативен у большинства организмов, таких как бактерии, растения и животные. RpiA играет важную роль в метаболизме растений и животных, поскольку он участвует в цикле Кальвина , который имеет место у растений, и в пентозофосфатном пути , который имеет место как у растений, так и у животных.
Все ортологи фермента сохраняют асимметричную тетрамера четвертичную структуру с щелью, содержащей активный центр. Каждая субъединица состоит из пятинитевого β-листа. Эти β-листы с обеих сторон окружены α-спиралями. [4] Этот мотив αβα нередко встречается и в других белках, что предполагает возможную гомологию с другими ферментами. [5] Отдельные молекулы фермента удерживаются вместе высокополярными контактами на внешних поверхностях мономеров. Предполагается, что активный сайт расположен там, где несколько С-концов β-листа соединяются в ферментативной щели. Эта щель способна закрываться при распознавании фосфата на пентозе (или соответствующем ингибиторе фосфата). Известно, что активный центр содержит консервативные остатки, эквивалентные остаткам Asp81, Asp84 и Lys94 E. coli. Они непосредственно участвуют в катализе. [6]
Механизм
[ редактировать ]Общим следствием реакции является перемещение карбонильной группы от атома углерода с номером 1 к атому углерода с номером 2; это достигается за счет реакции, проходящей через промежуточный эндиол (рис. 1). [6] Было высказано предположение, что посредством сайт-направленного мутагенеза Asp87 RpiA шпината играет роль общего основания во взаимном превращении R5P в Ru5P. [7]
Первым шагом катализа является стыковка пентозы с активным центром ферментативной щели с последующим аллостерическим закрытием щели. Фермент способен связываться с открытой цепью или кольцевой формой сахарофосфата. Если он связывает фуранозное кольцо, он затем открывает кольцо. Затем фермент образует энельдиол, который стабилизируется остатком лизина или аргинина . [6] [8] Расчеты показали, что эта стабилизация вносит наиболее существенный вклад в общую каталитическую активность этой и ряда других изомеразы. [9]
Функция
[ редактировать ]Белок, кодируемый геном RPIA, представляет собой фермент, который катализирует обратимое превращение рибозо-5-фосфата в рибулозо-5-фосфат по пентозофосфатному пути . Этот ген высококонсервативен у большинства организмов. Фермент играет важную роль в углеводном обмене . Мутации в этом гене вызывают дефицит рибозо-5-фосфат-изомеразы . Псевдоген хромосоме обнаружен на 18 . [10]
Пентозофосфатный путь
[ редактировать ]В неокислительной части пентозофосфатного пути RPIA превращает Ru5P в R5P, который затем преобразуется рибулозофосфат-3-эпимеразой в ксилулозо-5-фосфат (рисунок 3). [11] Результатом реакции по существу является превращение пентозофосфатов в промежуточные соединения, используемые в гликолитическом пути. В окислительной части пентозофосфатного пути RpiA превращает Ru5P в конечный продукт, R5P, посредством реакции изомеризации (рисунок 3). Окислительная ветвь пути является основным источником НАДФН , который необходим для реакций биосинтеза и защиты от активных форм кислорода. [12]
Цикл Кальвина
[ редактировать ]В цикле Кальвина энергия переносчиков электронов используется для фиксации углерода, преобразования углекислого газа и воды в углеводы. RPIA имеет важное значение в цикле, поскольку Ru5P, образующийся из R5P, впоследствии превращается в рибулозо-1,5-бисфосфат (RuBP), акцептор углекислого газа в первой темновой реакции фотосинтеза (рис. 3). [13] Прямым продуктом карбоксилазной реакции RuBP является глицеральдегид-3-фосфат ; впоследствии они используются для производства более крупных углеводов. [14] Глицеральдегид-3-фосфат превращается в глюкозу, которая позже преобразуется растением в формы хранения (например, крахмал или целлюлозу) или используется для получения энергии. [15]
Клиническое значение
[ редактировать ]Дефицит рибозо-5-фосфат-изомеразы мутирует в редкое заболевание — дефицит рибозо-5-фосфат-изомеразы . Заболевание известно только одному пациенту, диагностированному в 1999 году. [16] Было обнаружено, что это вызвано комбинацией двух мутаций. Первый — это вставка преждевременного стоп-кодона в ген, кодирующий изомеразу, а второй — миссенс-мутация . Молекулярная патология пока неясна. [17]
RpiA и гепатокарциногенез
[ редактировать ]Рибозо-5-фосфат-изомераза А человека (RpiA) играет роль в гепатоцеллюлярной карциноме человека (ГЦК). [18] Значительное увеличение экспрессии RpiA было обнаружено как в биоптатах опухолей пациентов с ГЦК, так и в массиве тканей рака печени . Важно отметить, что клинико-патологический анализ показал, что уровни мРНК RpiA высоко коррелировали с клинической стадией, степенью злокачественности, размером опухоли, типами, инвазией и уровнями альфа-фетопротеина у пациентов с ГЦК. Кроме того, способность RpiA регулировать пролиферацию клеток и образование колоний в различных клеточных линиях рака печени требует передачи сигналов ERK , а также отрицательной модуляции активности PP2A , и что эффекты RpiA можно модулировать добавлением либо ингибитора PP2A, либо ингибитора PP2A. активатор. Это предполагает, что сверхэкспрессия RpiA может индуцировать онкогенез при ГЦК. [19]
RpiA и малярийный паразит
[ редактировать ]RpiA привлек внимание, когда было обнаружено, что этот фермент играет важную роль в патогенезе паразита Plasmodium falciparum , возбудителя малярии . Клетки плазмодия испытывают острую потребность в большом запасе восстанавливающей способности НАДФН через PPP, чтобы поддерживать их быстрый рост. Потребность в НАДФН также необходима для детоксикации гема , продукта деградации гемоглобина . [20] Более того, плазмодий испытывает острую потребность в производстве нуклеиновых кислот для поддержки его быстрой пролиферации. R5P, продуцируемый за счет повышенной активности пентозофосфатного пути, используется для генерации 5-фосфо-D-рибозы α-1-пирофосфата (PRPP), необходимого для синтеза нуклеиновых кислот . Показано, что концентрации PRPP увеличиваются в 56 раз в инфицированных эритроцитах по сравнению с неинфицированными эритроцитами. [17] Следовательно, разработка препаратов, нацеленных на RpiA у Plasmodium falciparum, может иметь терапевтический потенциал для пациентов, страдающих малярией.
Взаимодействия
[ редактировать ]Было показано, что RPIA взаимодействует с PP2A . [19]
Структурные исследования
[ редактировать ]По состоянию на конец 2007 года 15 структур для этого класса ферментов было решено PDB с кодами доступа 1LK5 , 1LK7 , 1LKZ , 1M0S , 1NN4 , 1O1X , 1O8B , 1UJ4 , 1UJ5 , 1UJ6 , 1USL , 1XTZ , 2BES , 2BET и 2Ф8М .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Национальная медицинская библиотека США http://ghr.nlm.nih.gov/gene/RPIA
- ^ Соренсен К.И., Хове-Йенсен Б. (февраль 1996 г.). «Катаболизм рибозы Escherichia coli: характеристика гена rpiB, кодирующего рибозофосфатизомеразу B, и гена rpiR, который участвует в регуляции экспрессии rpiB» . Журнал бактериологии . 178 (4): 1003–11. дои : 10.1128/jb.178.4.1003-1011.1996 . ПМК 177759 . ПМИД 8576032 .
- ^ Перейти обратно: а б Юнг Ч., Хартман Ф.К., Лу Тай, Лаример Ф.В. (январь 2000 г.). «D-рибозо-5-фосфат-изомераза из шпината: гетерологичная сверхэкспрессия, очистка, характеристика и сайт-направленный мутагенез рекомбинантного фермента». Архив биохимии и биофизики . 373 (2): 409–17. дои : 10.1006/abbi.1999.1554 . ПМИД 10620366 . S2CID 13217828 .
- ^ Чжан Р.Г., Андерссон К.Э., Скарина Т., Евдокимова Е., Эдвардс А.М., Иоахимиак А., Савченко А., Моубрей С.Л. (октябрь 2003 г.). «Структура RpiB/AlsB с разрешением 2,2 Å из Escherichia coli иллюстрирует новый подход к реакции рибозо-5-фосфат-изомеразы» . Журнал молекулярной биологии . 332 (5): 1083–94. дои : 10.1016/j.jmb.2003.08.009 . ПМК 2792017 . ПМИД 14499611 .
- ^ Россманн М.Г., Морас Д., Олсен К.В. (июль 1974 г.). «Химическая и биологическая эволюция нуклеотидсвязывающего белка». Природа . 250 (463): 194–9. Бибкод : 1974Natur.250..194R . дои : 10.1038/250194a0 . PMID 4368490 . S2CID 4273028 .
- ^ Перейти обратно: а б с Чжан Р.Г., Андерссон С.Э., Савченко А., Скарина Т., Евдокимова Е., Бизли С., Эроусмит Ч.Х., Эдвардс А.М., Йоахимиак А., Моубрей С.Л. (январь 2003 г.). «Структура рибозо-5-фосфат-изомеразы Escherichia coli: повсеместного фермента пентозофосфатного пути и цикла Кальвина» . Структура . 11 (1): 31–42. дои : 10.1016/S0969-2126(02)00933-4 . ПМК 2792023 . ПМИД 12517338 .
- ^ Генгенбахер М., Фицпатрик Т.Б., Рашле Т., Фликер К., Синнинг И., Мюллер С., Машеру П., Тьюс И., Каппес Б. (февраль 2006 г.). «Биосинтез витамина B6 малярийным паразитом Plasmodium falciparum: биохимические и структурные данные» . Журнал биологической химии . 281 (6): 3633–41. дои : 10.1074/jbc.M508696200 . ПМИД 16339145 .
- ^ Вудрафф, Уильям В.; Вулфенден, Ричард (18 июля 1978 г.). «Ингибирование рибозо-5-фосфата 4-фосфоэритронатом» . Журнал биологической химии . 254 (13) . Проверено 6 марта 2013 г.
- ^ Фейерберг I, Оквист (2002). «Компьютерное моделирование ферментативных реакций изомеризации кето-енолов». Теоретическая химия . 108 (2): 71–84. дои : 10.1007/s00214-002-0365-7 . S2CID 95097042 .
- ^ «Ген Энтрез: рибозо-5-фосфат-изомераза А RPIA» .
- ^ Берг, Джереми М. (2012). Биохимия . Нью-Йорк: WH Freeman and Company. ISBN 978-1-4292-2936-4 .
- ^ Струзиньска Л., Халимонюк М., Сулковский Г. (сентябрь 2005 г.). «Роль астроглии в мозге взрослых крыс, подвергшихся воздействию свинца, в отношении токсичности глутамата». Токсикология . 212 (2–3): 185–94. дои : 10.1016/j.tox.2005.04.013 . ПМИД 15955607 .
- ^ Мартин В., Хенце К., Келлерман Дж., Флехнер А., Шнарренбергер С. (февраль 1996 г.). «Микросеквенирование и клонирование кДНК фермента рибозо-5-фосфат-изомеразы цикла Кальвина / OPPP (EC 5.3.1.6) из хлоропластов шпината». Молекулярная биология растений . 30 (4): 795–805. дои : 10.1007/BF00019012 . ПМИД 8624410 . S2CID 4218453 .
- ^ А.А. Бенсон; Дж. А. Бэшем; М. Кальвин; ТК Гудейл; В.А. Хаас; В. Степка (1950). «Путь углерода в фотосинтезе. V. Бумажная хроматография и радиоавтография продуктов1» . Журнал Американского химического общества . 72 (4): 1710–1718. дои : 10.1021/ja01160a080 .
- ^ Нельсон, Дэвид Л. (2005). Принципы биохимии . Нью-Йорк: WH Freeman and Company. ISBN 0-7167-4339-6 .
- ^ Вамелинк М.М., Грюнинг Н.М., Янсен Э.Э., Блюмляйн К., Лерах Х., Якобс К., Ральсер М. (сентябрь 2010 г.). «Разница между редкими и исключительно редкими: молекулярная характеристика дефицита рибозо-5-фосфат-изомеразы» (PDF) . Журнал молекулярной медицины . 88 (9): 931–9. дои : 10.1007/s00109-010-0634-1 . hdl : 1871/34686 . ПМИД 20499043 . S2CID 10870492 .
- ^ Перейти обратно: а б Хак Дж.Х., Верховен Н.М., Стрейс Э.А., Саломонс Г.С., Якобс С., ван дер Кнаап М.С. (апрель 2004 г.). «Дефицит рибозо-5-фосфат-изомеразы: новая врожденная ошибка пентозофосфатного пути, связанная с медленно прогрессирующей лейкоэнцефалопатией» . Американский журнал генетики человека . 74 (4): 745–51. дои : 10.1086/383204 . ПМК 1181951 . ПМИД 14988808 .
- ^ Риганти С, Газзано Э, Полимени М, Алдьери Э, Гиго Д (август 2012 г.). «Пентозофосфатный путь: антиоксидантная защита и перекресток в судьбе опухолевых клеток». Свободно-радикальная биология и медицина . 53 (3): 421–36. doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2012.05.006 . ПМИД 22580150 .
- ^ Перейти обратно: а б Чу С.К., Чжоу Ю.Т., Лю Ю.Л., Ние Ю.К., Лу Дж.В., Хуан С.Ф., Чжоу Ю.Т., Ченг Л.Х., Ло Дж.Ф., Чен М.Дж., Ян MC, Ю Ч., Ван Х.Д. (июль 2015 г.). «Рибозо-5-фосфат-изомераза А регулирует гепатокарциногенез посредством передачи сигналов PP2A и ERK» . Международный журнал рака . 137 (1): 104–15. дои : 10.1002/ijc.29361 . ПМИД 25429733 .
- ^ Беккер К., Ральфс С., Никель С., Ширмер Р.Х. (апрель 2003 г.). «Глутатион - функции и метаболизм у малярийного паразита Plasmodium falciparum». Биологическая химия . 384 (4): 551–66. дои : 10.1515/BC.2003.063 . ПМИД 12751785 . S2CID 20083367 .
- Диккенс Ф., Уильямсон Д.Х. (ноябрь 1956 г.). «Пентозофосфатизомераза и эпимераза из тканей животных» . Биохимический журнал . 64 (3): 567–78. дои : 10.1042/bj0640567 . ПМК 1199776 . ПМИД 13373810 .
- Хорекер Б.Л., Смирниотис П.З., Сигмиллер Дж.Э. (ноябрь 1951 г.). «Ферментативное превращение 6-фосфоглюконата в рибулозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат» . Журнал биологической химии . 193 (1): 383–96. дои : 10.1016/S0021-9258(19)52464-4 . ПМИД 14907726 .
- Гурвиц Дж., Вайсбах А., Хорекер Б.Л., Смирниотис П.З. (февраль 1956 г.). «Фосфорибулокиназа шпината» . Журнал биологической химии . 218 (2): 769–83. дои : 10.1016/S0021-9258(18)65841-7 . ПМИД 13295229 .
