Jump to content

Малатдегидрогеназа

Малатдегидрогеназа
Структура белка с прикрепленными кофакторами
Идентификаторы
Номер ЕС. 1.1.1.37
Номер CAS. 9001-64-3
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
Поиск
PMCarticles
PubMedarticles
NCBIproteins

Малатдегидрогеназа ( EC 1.1.1.37 ) ( МДГ ) — , обратимо катализирующий малата окисление до фермент оксалоацетата с помощью восстановления НАД. + к НАДХ. Эта реакция является частью многих метаболических путей , включая цикл лимонной кислоты . Другие малатдегидрогеназы , которые имеют другие номера ЕС и катализируют другие реакции, окисляющие малат, имеют квалифицированные названия, такие как малатдегидрогеназа (НАДФ). + ) .

изоферменты

[ редактировать ]

Существует несколько изоферментов малатдегидрогеназы. существуют две основные изоформы . В эукариотических клетках [1] Один из них находится в митохондриальном матриксе и участвует в качестве ключевого фермента в цикле лимонной кислоты, который катализирует окисление малата. Другой находится в цитоплазме , помогая малатно-аспартатному челноку обменивать восстанавливающие эквиваленты, так что малат может проходить через митохондриальную мембрану и трансформироваться в оксалоацетат для дальнейших клеточных процессов. [2]

Люди и большинство других млекопитающих экспрессируют следующие две малатдегидрогеназы:

Белковые семейства

[ редактировать ]
Трехмерная кристаллическая структура области подвижной петли малатдегидрогеназы в закрытой и открытой конформации. Закрытая конформация МДГ показана розовым цветом (обозначена розовой стрелкой), а открытая конформация показана голубым цветом (обозначена голубой стрелкой).

Семейство малатдегидрогеназ включает L-лактатдегидрогеназу и L-2-гидроксиизокапроатдегидрогеназы . L-лактатдегидрогеназы катализируют превращение L-лактата в пируват , последнюю стадию анаэробного гликолиза. N -конец представляет собой складку, связывающую НАД Россмана, а С-конец представляет собой необычную альфа+бета-складку. [3] [4]

Эволюция и структура

[ редактировать ]

У большинства организмов малатдегидрогеназа (МДГ) существует в виде гомодимерной молекулы и по структуре тесно связана с лактатдегидрогеназой (ЛДГ). Это большая белковая молекула с субъединицами массой от 30 до 35 кДа. [5] Судя по аминокислотным последовательностям, кажется, что MDH разделился на две основные филогенетические группы, которые очень похожи либо на митохондриальные изоферменты, либо на цитоплазматические/хлоропластные изоферменты. [6] Поскольку идентичность последовательности малатдегидрогеназы в митохондриях более тесно связана с ее прокариотическими предками по сравнению с цитоплазматическим изозимом, теория о том, что митохондрии и хлоропласты развились посредством эндосимбиоза, вполне правдоподобна. [7] Аминокислотные последовательности архейного МДГ более сходны с последовательностями ЛДГ, чем с МДГ других организмов. Это указывает на возможную эволюционную связь между лактатдегидрогеназой и малатдегидрогеназой. [8]

Каждая субъединица димера малатдегидрогеназы имеет два отдельных домена, которые различаются по структуре и функциональности. Параллельная структура β-листа образует домен связывания НАД+, тогда как четыре β-листа и одна α-спираль составляют центральный НАД. + сайт связывания. Субъединицы удерживаются вместе посредством обширных водородных связей и гидрофобных взаимодействий. [9]

Также было показано, что малатдегидрогеназа имеет область мобильной петли, которая играет решающую роль в каталитической активности фермента. Исследования показали, что конформационное изменение этой области петли с открытой конформации на закрытую после связывания субстрата усиливает катализ МДГ за счет экранирования субстрата и каталитических аминокислот от растворителя. Исследования также показали, что эта область петли высококонсервативна в малатдегидрогеназе. [6]

Механизм

[ редактировать ]
Активный сайт малатдегидрогеназы

Активный центр малатдегидрогеназы представляет собой гидрофобную полость внутри белкового комплекса, имеющую специфические сайты связывания субстрата и его кофермента НАД. + . В активном состоянии MDH претерпевает конформационные изменения, которые окружают субстрат, чтобы минимизировать воздействие растворителя и расположить ключевые остатки ближе к субстрату. [6] Три остатка, в частности, составляют каталитическую триаду: гистидин (His-195), аспартат (Asp-168), оба из которых работают вместе как система переноса протона, и аргинины (Arg-102, Arg-109, Arg-171). ), которые закрепляют подложку. [10]

Механически малатдегидрогеназа катализирует окисление гидроксильной группы малата путем использования НАД. + как акцептор электронов. Эта стадия окисления приводит к удалению протона и гидрид-иона из подложки. НАД + получает гидрид-ион (в частности, гидрид-ион переносится на никотинамидное кольцо НАД + ) и восстанавливается до НАДН, в то время как остаток His-195 на ферменте принимает протон. [11] Положительно заряженный остаток His-195, который участвует в основном катализе субстрата, стабилизируется соседним отрицательно заряженным остатком Asp-168. Эта электростатическая стабилизация помогает облегчить перенос протона. [1] Arg-102, Arg-109 и Arg-171 (которые протонированы и, следовательно, положительно заряжены) участвуют в электростатическом катализе и помогают связывать отрицательно заряженные карбоксилаты на субстрате. Кроме того, остатки аргинина на ферменте обеспечивают дополнительную специфичность субстрата и связывание посредством водородных связей между гуанидиновой боковой цепью аминокислотных остатков аргинина и карбоксилатами субстрата. [12]

Исследования также выявили подвижную петлю малатдегидрогеназы, которая участвует в каталитической активности фермента. Петля претерпевает конформационные изменения, чтобы защитить субстрат и каталитические аминокислоты от растворителя в ответ на связывание комплекса малатдегидрогеназа: кофермент с субстратом. Этот переворот петли в верхнее положение для закрытия активного центра также способствует усилению взаимодействия каталитически важных аминокислотных остатков фермента с субстратом. Кроме того, было показано, что движение петли коррелирует со стадией определения скорости фермента. [13]

Общая реакция, показывающая окисление малата, катализируемое малатдегидрогеназой, путем восстановления НАД. + .

Малатдегидрогеназы катализируют взаимное превращение малата в оксалоацетат. В цикле лимонной кислоты малатдегидрогеназа катализирует регенерацию оксалоацетата. Эта реакция происходит посредством окисления гидроксильной группы малата и восстановления НАД. + . Механизм переноса гидрид-иона на НАД + осуществляется по аналогичному механизму, наблюдаемому в лактатдегидрогеназе и алкогольдегидрогеназе. ΔG'° малатдегидрогеназы составляет +29,7 кДж/моль, а ΔG (в клетке) составляет 0 кДж/моль. [11]

Другие пути

[ редактировать ]

Малатдегидрогеназа также участвует в глюконеогенезе — синтезе глюкозы из более мелких молекул. Пируват в митохондриях подвергается воздействию пируваткарбоксилазы с образованием оксалоацетата, промежуточного продукта цикла лимонной кислоты . Чтобы вывести оксалоацетат из митохондрий, малатдегидрогеназа восстанавливает его до малата, а затем он проникает через внутреннюю митохондриальную мембрану. Попадая в цитозоль, малат окисляется обратно до оксалоацетата цитозольной малатдегидрогеназой. Наконец, фосфоенолпируваткарбоксикиназа (PEPCK) превращает оксалоацетат в фосфоенолпируват (PEP). [14]

Кинетика

[ редактировать ]

Кинетические исследования показывают, что ферментативная активность малатдегидрогеназы упорядочена. Кофактор НАД + /НАДН связывается с ферментом раньше субстрата. [15] Величина Km для малата, т. е. концентрация, при которой активность фермента полумаксимальна, равна 2 мМ. Значение Kcat составляет 259,2 с. −1 . [16]

Влияние pH на каталитическую активность

[ редактировать ]

Кроме того, уровни pH контролируют специфичность связывания субстрата малатдегидрогеназой за счет переноса протона по каталитическому механизму. [17] Было высказано предположение, что гистидиновый фрагмент со значением pK 7,5 играет роль в зависимости фермента от pH. Исследования показали, что связывание енольной формы оксалоацетата с комплексом малатдегидрогеназа:НАДН образуется гораздо быстрее при более высоких значениях pH. [12] Кроме того, связывание L-малата с малатдегидрогеназой усиливается в щелочных условиях. Следовательно, непротонированная форма малатдегидрогеназы предпочтительно связывается с L-малатом и енольной формой оксалоацетата. Напротив, было обнаружено, что D-малат, гидроксималонат и кето-форма оксалоацетата связываются исключительно с протонированной формой фермента. В частности, когда гистидин протонируется, остаток His может образовывать водородную связь с карбонильным кислородом субстрата, что смещает электронную плотность от кислорода и делает его более восприимчивым к нуклеофильной атаке гидрида. Это способствует связыванию малатдегидрогеназы с этими субстратами. В результате при более низких значениях pH малатдегидрогеназа преимущественно связывается с D-малатом, гидроксималонатом и кетооксалоацетатом. [18]

Аллостерическая регуляция

[ редактировать ]

Поскольку малатдегидрогеназа тесно связана с циклом лимонной кислоты, исследования предположили и экспериментально продемонстрировали, что цитрат является аллостерическим регулятором малатдегидрогеназы в зависимости от концентраций L-малата и НАД. + . Это может быть связано с отклонениями, наблюдаемыми в кинетическом поведении малатдегидрогеназы при высоких концентрациях оксалоацетата и L-малата. Эксперименты показали, что цитрат может как аллостерически активировать, так и ингибировать ферментативную активность малатдегидрогеназы. Было показано, что цитрат ингибирует окисление L-малата при низких уровнях L-малата и НАД. + . Однако при наличии высоких уровней малата и НАД + , цитрат может стимулировать выработку оксалоацетата. Хотя малатдегидрогеназа обычно считается обратимым ферментом, считается, что на ферменте существует аллостерический регуляторный участок, с которым цитрат может связываться и наводить равновесие реакции в любом направлении. [19]

Также было показано, что глутамат ингибирует активность малатдегидрогеназы. Кроме того, было показано, что альфа-кетоглутаратдегидрогеназа может взаимодействовать с митохондриальной аспартатаминотрансферазой с образованием комплекса, который затем может связываться с малатдегидрогеназой, образуя тройной комплекс, который обращает ингибирующее действие глутамата на ферментативную активность малатдегидрогеназы. Кроме того, образование этого комплекса позволяет глутамату взаимодействовать с аминотрансферазой, не мешая активности малатдегидрогеназы. Образование этого тройного комплекса также облегчает высвобождение оксалоацетата из малатдегидрогеназы в аминотрансферазу. Было показано, что кинетически связывание малатдегидрогеназы с бинарным комплексом альфа-кетоглутаратдегидрогеназы и аминотрансферазы увеличивает скорость реакции малатдегидрогеназы, поскольку Km малатдегидрогеназы снижается, когда она связывается как часть этого комплекса. [20]

Интерактивная карта маршрутов

[ редактировать ]

Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы перейти к соответствующим статьям. [§ 1]

[[Файл:
ГликолизГлюконеогенез_WP534перейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти к статьеперейти на WikiPathwaysперейти к статьепойти в Энтрезперейти к статье
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
ГликолизГлюконеогенез_WP534go to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to articlego to WikiPathwaysgo to articlego to Entrezgo to article
|alt=Гликолиз и глюконеогенез редактировать ]]
  1. ^ Интерактивную карту маршрутов можно редактировать на WikiPathways: «Гликолиз-Глюконеогенез_WP534» .
  1. ^ Jump up to: а б Минарик П., Томашкова Н., Колларова М., Анталик М. (сентябрь 2002 г.). «Малатдегидрогеназы - структура и функции». Общая физиология и биофизика . 21 (3): 257–65. ПМИД   12537350 .
  2. ^ Мусрати Р.А., Колларова М., Мерник Н., Микуласова Д. (сентябрь 1998 г.). «Малатдегидрогеназа: распространение, функции и свойства». Общая физиология и биофизика . 17 (3): 193–210. ПМИД   9834842 .
  3. ^ Чепмен А.Д., Кортес А., Даффорн Т.Р., Кларк А.Р., Брэди Р.Л. (январь 1999 г.). «Структурные основы субстратной специфичности малатдегидрогеназ: кристаллическая структура тройного комплекса цитоплазматической малатдегидрогеназы свиньи, альфа-кетомалоната и тетрагидроНАД» . Журнал молекулярной биологии . 285 (2): 703–12. дои : 10.1006/jmbi.1998.2357 . ПМИД   10075524 .
  4. ^ Мадерн Д. (июнь 2002 г.). «Молекулярная эволюция суперсемейства L-малат и L-лактатдегидрогеназы» . Журнал молекулярной эволюции . 54 (6): 825–40. Бибкод : 2002JMolE..54..825M . дои : 10.1007/s00239-001-0088-8 . ПМИД   12029364 . S2CID   469660 .
  5. ^ Банасзак Л.Дж., Брэдшоу Р.А. (1975). «Малатдегидрогеназа». В Бойере П.Д. (ред.). Ферменты . Том. 11 (3-е изд.). Нью-Йорк: Академическая пресса. стр. 369–396.
  6. ^ Jump up to: а б с Говард CR, DJ Николлс (октябрь 1994 г.). «Малатдегидрогеназа: модель структуры, эволюции и катализа» . Белковая наука . 3 (10): 1883–8. дои : 10.1002/pro.5560031027 . ПМК   2142602 . ПМИД   7849603 .
  7. ^ Макалистер-Хенн Л. (май 1988 г.). «Эволюционные взаимоотношения малатдегидрогеназ». Тенденции биохимических наук . 13 (5): 178–81. дои : 10.1016/0968-0004(88)90146-6 . ПМИД   3076279 .
  8. ^ Сендрин Ф., Хробочек Дж., Заккай Г., Айзенберг Х., Меварех М. (апрель 1993 г.). «Клонирование, секвенирование и экспрессия в Escherichia coli гена, кодирующего малатдегидрогеназу чрезвычайно галофильной архебактерии Haloarcula marismortui». Биохимия . 32 (16): 4308–13. дои : 10.1021/bi00067a020 . PMID   8476859 .
  9. ^ Холл, доктор медицинских наук, Левитт Д.Г., Банасзак Л.Дж. (август 1992 г.). «Кристаллическая структура малатдегидрогеназы Escherichia coli. Комплекс апофермента и цитрата при разрешении 1,87 А». Журнал молекулярной биологии . 226 (3): 867–82. дои : 10.1016/0022-2836(92)90637-Y . ПМИД   1507230 .
  10. ^ Ламзин В.С., Даутер З., Уилсон К.С. (май 1994 г.). «Дегидрирование в зазеркалье». Структурная биология природы . 1 (5): 281–2. дои : 10.1038/nsb0594-281 . ПМИД   7664032 . S2CID   26167967 .
  11. ^ Jump up to: а б Воет Д., Воет Дж.Г., Пратт К.В. (2015). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. стр. 574–5. ISBN  978-0-470-54784-7 .
  12. ^ Jump up to: а б Бернштейн Л.Х., Эверс Дж. (декабрь 1978 г.). «Исследования механизма малатдегидрогеназной реакции» (PDF) . Журнал биологической химии . 253 (24): 8702–7. дои : 10.1016/S0021-9258(17)34234-5 . ПМИД   31361 .
  13. ^ Уолдман А.Д., Харт К.В., Кларк А.Р., Вигли Д.Б., Барстоу Д.А., Аткинсон Т., Чиа В.Н., Холбрук Дж.Дж. (январь 1988 г.). «Использование генно-инженерного триптофана для идентификации движения домена лактатдегидрогеназы B. stearothermophilus с помощью процесса, который ограничивает устойчивый оборот фермента». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 150 (2): 752–9. дои : 10.1016/0006-291X(88)90455-X . ПМИД   3422557 .
  14. ^ Хунг Г.К., Браун Ч.Р., Вульф А.Б., Лю Дж., Чан Х.Л. (ноябрь 2004 г.). «Деградация глюконеогенных ферментов фруктозо-1,6-бисфосфатазы и малатдегидрогеназы опосредуется различными протеолитическими путями и сигнальными событиями» . Журнал биологической химии . 279 (47): 49138–50. дои : 10.1074/jbc.M404544200 . ПМИД   15358789 .
  15. ^ Показывает ТБ, Чепмена В.М., Раддла Ф.Х. (декабрь 1970 г.). «Митохондриальная малатдегидрогеназа и яблочный фермент: менделевские унаследованные электрофоретические варианты у мышей». Биохимическая генетика . 4 (6): 707–18. дои : 10.1007/BF00486384 . ПМИД   5496232 . S2CID   35435579 .
  16. ^ Вуд, округ Колумбия, Юргенсен С.Р., Гисин Дж.К., Харрисон Дж.Х. (март 1981 г.). «Взаимодействия субъединиц в митохондриальной малатдегидрогеназе. Кинетика и механизм реассоциации» . Журнал биологической химии . 256 (5): 2377–82. дои : 10.1016/S0021-9258(19)69790-5 . ПМИД   7462244 .
  17. ^ Дасика С.К., Виннакота К.К., Берд Д.А. (январь 2015 г.). «Определение каталитического механизма митохондриальной малатдегидрогеназы» . Биофизический журнал . 108 (2): 408–19. дои : 10.1016/j.bpj.2014.11.3467 . ПМК   4302198 . ПМИД   25606688 .
  18. ^ Лодола А., Шор Дж.Д., Паркер Д.М., Холбрук Дж. (декабрь 1978 г.). «Малатдегидрогеназа цитозоля. Кинетическое исследование механизма реакции и сравнение с лактатдегидрогеназой» . Биохимический журнал . 175 (3): 987–98. дои : 10.1042/bj1750987 . ПМЦ   1186162 . ПМИД   217361 .
  19. ^ Гелпи Х.Л., Дордал А., Монтсеррат Х., Мазо А., Кортес А. (апрель 1992 г.). «Кинетические исследования регуляции митохондриальной малатдегидрогеназы цитратом» . Биохимический журнал . 283 (Часть 1) (Часть 1): 289–97. дои : 10.1042/bj2830289 . ПМК   1131027 . ПМИД   1567375 .
  20. ^ Фахиен Л.А., Кмиотек Э.Х., Макдональд М.Дж., Фибич Б., Мандич М. (август 1988 г.). «Регуляция активности малатдегидрогеназы посредством глутамата, цитрата, альфа-кетоглутарата и мультиферментного взаимодействия» (PDF) . Журнал биологической химии . 263 (22): 10687–97. дои : 10.1016/S0021-9258(18)38026-8 . ПМИД   2899080 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 7c474d7df5aa7d4eda513acce2022a96__1699388640
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/7c/96/7c474d7df5aa7d4eda513acce2022a96.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Malate dehydrogenase - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)