Триозофосфат-изомераза
| триозофосфат-изомераза | |||
|---|---|---|---|
 Вид сбоку мономера триозо-P-изомеразы, активный центр вверху в центре | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 5.3.1.1 | ||
| Номер CAS. | 9023-78-3 | ||
| 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 | ||
| Генная онтология | АмиГО / QuickGO | ||
| |||
Триозофосфатизомераза ( TPI или TIM ) представляет собой фермент ( EC 5.3.1.1 ), который катализирует обратимое взаимное превращение триозофосфата глицеральдегид - изомеров дигидроксиацетонфосфата и D- 3-фосфата .
| Дигидроксиацетонфосфат | триозофосфатизомераза | D - глицеральдегид-3-фосфат | |
 |  | ||
 | |||
| триозофосфатизомераза | |||
Соединение C00111 в базе данных KEGG Pathway. Фермент 5.3.1.1 в базе данных путей KEGG . Соединение C00118 в базе данных KEGG Pathway.
ТПИ играет важную роль в гликолизе и необходим для эффективного производства энергии. TPI был обнаружен почти в каждом организме, в котором искали фермент, включая животных, таких как млекопитающие и насекомые , а также в грибах , растениях и бактериях . Однако у некоторых бактерий, не осуществляющих гликолиз, таких как уреаплазмы , TPI отсутствует.
У людей дефицит TPI связан с прогрессирующим тяжелым неврологическим расстройством, называемым дефицитом триозофосфат-изомеразы . Дефицит триозофосфатизомеразы характеризуется хронической гемолитической анемией . Хотя существуют различные мутации , вызывающие это заболевание, большинство из них включают замену глутаминовой кислоты в положении 104 на аспарагиновую кислоту. [1]
Триозофосфатизомераза — высокоэффективный фермент, выполняющий реакцию в миллиарды раз быстрее, чем она происходила бы в естественном виде в растворе. Реакция настолько эффективна, что ее называют каталитически совершенной : она ограничена только скоростью диффузии субстрата в активный центр фермента и из него. [2] [3]
Механизм
[ редактировать ]Механизм включает промежуточное образование эндиола . Относительная свободная энергия каждого основного и переходного состояний была определена экспериментально и отображена на рисунке. [2]
Структура TPI облегчает превращение дигидроксиацетонфосфата (DHAP) в глицеральдегид-3-фосфат (GAP). Нуклеофильный остаток глутамата 165 TPI депротонирует субстрат . [4] а электрофильный остаток гистидина 95 отдает протон с образованием промежуточного эндиола. [5] [6] При депротонировании эндиолат затем разрушается и, отрывая протон от протонированного глутамата 165, образует продукт GAP. Катализ обратной реакции протекает аналогично с образованием того же эндиола, но с распадом эндиолата из кислорода при С2. [7]
TPI ограничен диффузией. С точки зрения термодинамики образование DHAP предпочтительнее образования GAP в соотношении 20:1. [8] Однако при гликолизе использование GAP на последующих этапах метаболизма приводит к реакции, направленной на его производство.TPI ингибируется ионами сульфата , фосфата и арсената , которые связываются с активным центром . [9] Другие ингибиторы включают 2-фосфогликолят, аналог переходного состояния , и D-глицерин-1-фосфат, аналог субстрата . [10]
Структура
[ редактировать ]| Триозофосфат-изомераза | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | ТИМ | ||
| Пфам | PF00121 | ||
| Пфам Клан | CL0036 | ||
| ИнтерПро | ИПР000652 | ||
| PROSITE | PDOC00155 | ||
| СКОП2 | 1 т/ч / ОБЪЕМ / СУПФАМ | ||
| |||
Триозофосфатизомераза представляет собой димер идентичных субъединиц , каждая из которых состоит примерно из 250 аминокислотных остатков. Трехмерная структура субъединицы содержит восемь α-спиралей снаружи и восемь параллельных β-нитей внутри. На иллюстрации ленточный остов каждой субъединицы окрашен в цвет от синего до красного от N-конца до С-конца. Этот структурный мотив называется αβ-бочкой или TIM-бочкой и на сегодняшний день является наиболее часто наблюдаемой укладкой белка . Активный центр этого фермента находится в центре ствола. остаток глутаминовой кислоты и гистидин участвуют В каталитическом механизме . Последовательность вокруг остатков активного центра консервативна у всех известных триозофосфатизомераз.
Структура триозофосфатизомеразы способствует ее функции. Помимо точно расположенных остатков глутамата и гистидина, образующих эндиол, цепь TPI из десяти или одиннадцати аминокислот действует как петля для стабилизации промежуточного продукта. Петля, образованная остатками 166–176, замыкается и образует водородную связь с фосфатной группой субстрата. Это действие стабилизирует промежуточный эндиол и другие переходные состояния на пути реакции. [7]
Помимо того, что реакция становится кинетически осуществимой, петля TPI изолирует реакционноспособное промежуточное соединение эндиола, чтобы предотвратить разложение на метилглиоксаль и неорганический фосфат. Водородная связь между ферментом и фосфатной группой субстрата делает такой распад стереоэлектронно невыгодным. [7] Метилглиоксаль является токсином и, если образуется, удаляется через глиоксалазную систему . [11] Потеря высокоэнергетической фосфатной связи и субстрата для остального гликолиза делает образование метилглиоксаля неэффективным.
Исследования показывают, что лизин, расположенный рядом с активным центром (в положении 12), также имеет решающее значение для функции фермента. Лизин, протонированный при физиологическом pH, может помочь нейтрализовать отрицательный заряд фосфатной группы. Когда этот остаток лизина заменяется нейтральной аминокислотой, TPI теряет все функции, но варианты с другой положительно заряженной аминокислотой сохраняют некоторую функцию. [12]
См. также
[ редактировать ]- ТИМ ствол
- Дефицит триозофосфатизомеразы
- ТПИ1
- Триозофосфатизомераза в интерактивном 3D в Proteopedia
- Семейство триозофосфат-изомеразы (TIM) в PROSITE
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Орос Ф., Олах Дж., Овади Дж. (декабрь 2006 г.). «Дефицит триозофосфат-изомеразы: факты и сомнения» . ИУБМБ Жизнь . 58 (12): 703–15. дои : 10.1080/15216540601115960 . ПМИД 17424909 .
- ^ Jump up to: а б Олбери У.Дж., Ноулз-младший (декабрь 1976 г.). «Профиль свободной энергии реакции, катализируемой триозофосфатизомеразой». Биохимия . 15 (25): 5627–31. дои : 10.1021/bi00670a031 . ПМИД 999838 .
- ^ Роуз И.А., Фунг В.Дж., Вармс СП (май 1990 г.). «Диффузия протонов в активном центре триозофосфатизомеразы». Биохимия . 29 (18): 4312–7. дои : 10.1021/bi00470a008 . ПМИД 2161683 .
- ^ Альбер Т., Баннер Д.В., Блумер А.С., Пецко Г.А., Филлипс Д., Риверс П.С., Уилсон И.А. (июнь 1981 г.). «О трехмерной структуре и каталитическом механизме триозофосфатизомеразы» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 293 (1063): 159–71. дои : 10.1098/rstb.1981.0069 . ПМИД 6115415 .
- ^ Никбарг Э.Б., Давенпорт Р.К., Пецко Г.А., Ноулз-младший (август 1988 г.). «Триозофосфат-изомераза: удаление предположительно электрофильного остатка гистидина приводит к незначительному изменению каталитического механизма». Биохимия . 27 (16): 5948–60. дои : 10.1021/bi00416a019 . ПМИД 2847777 .
- ^ Комивес Э.А., Чанг Л.К., Лолис Э., Тилтон Р.Ф., Пецко Г.А., Ноулз-младший (март 1991 г.). «Электрофильный катализ в триозофосфат-изомеразе: роль гистидина-95». Биохимия . 30 (12): 3011–9. дои : 10.1021/bi00226a005 . ПМИД 2007138 .
- ^ Jump up to: а б с Ноулз-младший (март 1991 г.). «Ферментный катализ: не иначе, просто лучше». Природа . 350 (6314): 121–4. дои : 10.1038/350121a0 . ПМИД 2005961 .
- ^ Харрис Т.К., Коул Р.Н., Комер Ф.И., Милдван А.С. (ноябрь 1998 г.). «Перенос протона в механизме триозофосфатизомеразы». Биохимия . 37 (47): 16828–38. дои : 10.1021/bi982089f . ПМИД 9843453 .
- ^ Ламбейр А.М., Оппердоес ФР, Виеренга Р.К. (октябрь 1987 г.). «Кинетические свойства триозофосфат-изомеразы Trypanosoma brucei brucei. Сравнение с мышцами кролика и дрожжевыми ферментами» . Европейский журнал биохимии . 168 (1): 69–74. дои : 10.1111/j.1432-1033.1987.tb13388.x . ПМИД 3311744 .
- ^ Лолис Э., Пецко Г.А. (июль 1990 г.). «Кристаллографический анализ комплекса триозофосфат-изомеразы и 2-фосфогликолата с разрешением 2,5-А: значение для катализа». Биохимия . 29 (28): 6619–25. дои : 10.1021/bi00480a010 . ПМИД 2204418 .
- ^ Крейтон DJ, Hamilton DS (март 2001 г.). «Краткая история глиоксалазы I и то, что мы узнали о ион-зависимых, ферментативно-катализируемых изомеризациях». Архив биохимии и биофизики . 387 (1): 1–10. дои : 10.1006/abbi.2000.2253 . ПМИД 11368170 .
- ^ Лоди П.Дж., Чанг Л.К., Ноулз-младший, Комивес Е.А. (март 1994 г.). «Триозофосфат-изомераза требует положительно заряженного активного центра: роль лизина-12». Биохимия . 33 (10): 2809–14. дои : 10.1021/bi00176a009 . ПМИД 8130193 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- PDBe-KB предоставляет обзор всей информации о структуре, доступной в PDB для триозофосфат-изомеразы человека.
