Сахароза фосфорилаза
| Сахароза фосфорилаза | |||
|---|---|---|---|
 Гомодимер сахарозы фосфорилаза, Bifidobacterium adolescentis | |||
| Идентификаторы | |||
| ЕС №. | 2.4.1.7 | ||
| CAS №. | 9074-06-0 | ||
| Базы данных | |||
| Intenz | Intenz View | ||
| Бренда | Бренда вход | ||
| Расширение | Вид Nicezyme | ||
| Кегг | Кегг вход | ||
| Метатический | Метаболический путь | ||
| Напрямую | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBE PDBSUM | ||
| |||
Сахароза фосфорилаза ( EC 2.4.1.7 ) является важным ферментом в метаболизме сахарозы и регуляции других метаболических промежуточных соединений. Сахароза фосфорилаза находится в классе гексозилтрансфераз . Более конкретно он был помещен в семейство удерживающих гликозид -гидролаз , хотя он катализирует трансгликозидацию, а не гидролиз. Сахароза фосфорилаза катализирует превращение сахарозы в D-фруктозу и α-D-глюкозу-1-фосфат . [ 1 ] В нескольких экспериментах было показано, что фермент катализирует это преобразование с помощью механизма двойного смещения .
Реакция
[ редактировать ]Метод, с помощью которого сахароза фосфорилаза преобразует сахарозу в D-фруктозу и альфа-D-глюкозу-1-фосфат, был изучен в больших деталях. В реакции сахароза связывается с ферментом, в какой точке фруктозы высвобождается ферментом-субстратным комплексом. Ковалентный комплекс глюкозы-анзимента приводит к бета-связи между атомом кислорода в карбоксильной группе аспартийского остатка и C-1 глюкозы. Ковалентный комплекс экспериментально выделяли химической модификацией белка с использованием NAIO4 после добавления субстрата , [ 2 ] [ 3 ] Поддержка гипотезы о том, что реакция, катализируемая сахарозовой фосфорилазой, проходит через механизм пинг-понга. На последней ферментативной стадии гликозидная связь расщепляется в результате реакции с фосфатной группой, давая α-D-глюкозу-1-фосфат.
В отдельной реакции α-D-глюкозо-1-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат путем действия фосфоглюкомутазы . [ 4 ] Глюкозо-6-фосфат является чрезвычайно важным промежуточным соединением для нескольких путей в организме человека, включая гликолиз , глюконеогенез и путь пентозофосфата . [ 5 ] Функция сахарозы фосфорилазы особенно значима из-за роли α-D-глюкозо-1-фосфата в энергетическом метаболизме.
Структура
[ редактировать ]Структура сахарозы фосфорилазы была идентифицирована в многочисленных экспериментах. Фермент состоит из четырех основных доменов, а именно: домены A, B, B 'и C. A, B' и C существуют в виде димеров вокруг активного сайта. [ 6 ] Было обнаружено, что размер фермента, определяемый центрифугированием седиментации , составляет 55 кДа, состоящий из 488 аминокислот. [ 7 ] Было показано, что активность содержит два сайта связывания, один из которых обозначал сайт воды, где гидроксиловые молекулы, такие как 1,2-циклогександиол и этиленгликол, могут связываться, а другой, обозначенный как сайт акцептора, где связывается молекула сахара. Хотя функция участка воды не была полностью выяснена, стабильность фермента в водных растворах указывает на то, что сайт воды может участвовать в гидролизе гликозидной связи.
Акцепторный сайт окружен тремя активными остатками, которые, как было установлено, имеют важное значение для ферментативной активности. Используя специфические мутагенные анализы, было обнаружено, что ASP-192 является каталитическим нуклеофилом фермента, «атакующий C-1 глюкозильной части сахарозы». [ 8 ] Фактически, манипуляции in vitro показали, что D-ксилоза , L-сорбоза и L-арабиноза могут заменять фруктозу в качестве акцептора глюкозила. [ 9 ] Единственное требование акцепторной молекулы заключается в том, что гидроксильная группа на C-3 может быть распределена с атомом кислорода гликозидной связи. Glu-232 действует как катализатор с кислотой базой бронстеда , пожертвуя протон на смещенную гидроксильную группу на C-1 глюкозида. [ 10 ]
Однако наиболее значительным остатком в ферментативной активности является ASP-295. [ 11 ] При расщеплении фруктофуранозильной части от сахарозы результирующая глюкоза образует ковалентное промежуточное соединение с ферментом. Карбоксилатная боковая цепь водородных связей ASP-295 с гидроксильными группами в C-2 и C-3 остатка глюкозила. [ 11 ] Это взаимодействие максимизируется во время переходного состояния этого ковалентного комплекса, предоставляя поддержку механизма пинг-понга. Наконец, фосфорилирование глюкозильного остатка в C-1 образует временный положительный заряд на глюкозилгартере, способствуя разрушению сложной связи между ASP-192 и остатком сахара. [ 8 ] Расщепление дает продукт, α-D-глюкозо-1-фосфат.
Регулирование
[ редактировать ]С момента обнаружения и характеристики сахарозы фосфорилазы, в немногих задокументированных экспериментах обсуждаются механизмы регуляции для фермента. Известными методами регуляции являются транскрипционные , влияющие на количество фермента, присутствующего в любой момент времени.
Глобальная регуляция молекул ДНК, содержащих ген для фосфорилазы сахарозы, выполняется катаболитной репрессией . Впервые обнаруженные в грамотрицательных бактериях, как циклическом AMP (CAM, и белком рецептора CAMP (CRP) в регуляции сахарозы фосфорилазы. [ 1 ] Комплекс CAMP-CRP образовался, когда обе молекулы объединяются в качестве положительного регулятора для транскрипции гена фосфорилазы сахарозы. Комплекс связывается с области промотора для активации транскрипции, усиливая создание сахарозы фосфорилазы. [ 5 ]
Генетическая регуляция сахарозы фосфорилазы также выполняется метаболитами . Благодаря экспериментам известно, что гены, кодирующие фермент фосфорилазы сахарозы, могут индуцироваться сахарозой и рафинозой . [ 12 ] С другой стороны, глюкоза подавляет транскрипцию гена фосфорилазы сахарозы. [ 12 ] Эти метаболиты, несомненно, функционируют таким образом из -за их последствий для клеточного метаболизма.
Было мало исследований методов аллостерической регуляции фосфорилазы сахарозы, поэтому на данный момент функция аллостерических молекул может быть только гипотезой. Благодаря природе его функции в метаболических путях, вероятно, что сахароза фосфорилаза дополнительно регулируется другими общими метаболитами. [ Цитация необходима ] Например, присутствие АТФ , вероятно, ингибирует фосфорилазу сахарозы, поскольку АТФ является продуктом катаболического пути. И наоборот, ADP , вероятно, будет стимулировать сахарозу фосфорилазу для повышения уровня АТФ. Дальнейшие исследования по этому вопросу будут необходимы для поддержки или опровержения этих идей.
Функция
[ редактировать ]Как упоминалось выше, сахароза фосфорилаза является очень важным ферментом в метаболизме. Реакция, катализируемая сахарозовой фосфорилазой, продуцирует ценные побочные продукты α-D-глюкозо-1-фосфат и фруктоза. α-D-глюкозо-1-фосфат может быть обратимо преобразован фосфоглюкомутазой в глюкозо-6-фосфат, [ 4 ] который является важным промежуточным звеном, используемым в гликолизе. Кроме того, фруктоза может быть обратимо преобразована в фруктозу 6-фосфат , [ 1 ] также найдено в гликолитическом пути. Фактически, фруктозо-6-фосфат и глюкозо-6-фосфат могут быть взаимосвязаны в гликолитическом пути с помощью фосфогексозной изомеразы . [ 5 ] Конечный продукт гликолиза, пируват , имеет множественные последствия для метаболизма. В анаэробных условиях пируват конвертируется в лактат или этанол , в зависимости от организма, обеспечивая быстрый источник энергии. В аэробных условиях, Пируват может быть преобразован в ацетил-КоА , который имеет много возможных существ, включая катаболизм в цикле лимонной кислоты для использования энергии и анаболизма в образовании жирных кислот для хранения энергии. Благодаря этим реакциям сахароза фосфорилаза становится важной в регуляции метаболических функций.
Регуляция фосфорилазы сахарозы также может быть использована для объяснения ее функции с точки зрения потребления энергии и сохранения. Комплекс CAMP-CRP, который усиливает транскрипцию гена фосфорилазы сахарозы (Reid and Abratt 2003), присутствует только тогда, когда уровни глюкозы низкие. Следовательно, цель сахарозы фосфорилазы может быть связана с необходимостью более высоких уровней глюкозы, созданной посредством ее реакции. Тот факт, что глюкоза действует как ингибитор обратной связи для предотвращения образования фосфорилазы сахарозы [ 1 ] Кроме того, поддерживает его каталитическую роль в создании глюкозы для использования или хранения энергии.
Молекула глюкозы-6-фосфата, созданная из исходного α-D-глюкозо-1-фосфатного продукта, также участвует в пентозофосфатном пути . Через серию реакций глюкозо-6-фосфат может быть преобразован в рибозо-5-фосфат , который используется для различных молекул, таких как нуклеотиды , коферменты , ДНК и РНК . [ 5 ] Эти связи показывают, что сахароза фосфорилаза также важна для регуляции других клеточных молекул.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в дюймовый Reid SJ, Abratt VR (май 2005 г.). «Использование сахарозы в бактериях: генетическая организация и регуляция». Прикладная микробиология и биотехнология . 67 (3): 312–21. doi : 10.1007/s00253-004-1885-y . PMID 15660210 .
- ^ Voet JG, Abeles RH (март 1970 г.). «Механизм действия сахарозы фосфорилазы. Выделение и свойства бета-связанного ковалентного комплекса глюкозы-фермента». Журнал биологической химии . 245 (5): 1020–31. PMID 4313700 .
- ^ Мирза О., Сков Л.К., Спригё Д., Ван Ден Брок Л.А., Бельдман Г., Кастрап Дж.С., Гайхеде М (ноябрь 2006 г.). «Структурные перестройки сахарозы фосфорилазы из Bifidobacterium adolescentis во время преобразования сахарозы» . Журнал биологической химии . 281 (46): 35576–84. doi : 10.1074/jbc.m605611200 . PMID 16990265 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Tedokon M, Suzuki K, Kayamori Y, Fujita S, Katayama Y (апрель 1992 г.). «Ферментативный анализ неорганического фосфата с использованием сахарозы фосфорилазы и фосфоглюкомутазы». Клиническая химия . 38 (4): 512–5. PMID 1533182 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в дюймовый Нельсон Д.Л., Кокс М.М. (2005). Лехнингер Принципы биохимии (4 -е изд.). Нью -Йорк: WH Freeman and Company.
- ^ Язык D, Ван Ден Брок Л.А., Мирза О., Кастрап Дж.С., Вораген А.Г., Гайхеде М., Сков Л.К. (февраль 2004 г.). «Кристаллическая структура сахарозы фосфорилазы из Bifidobacterium adolescentis». Биохимия . 43 (5): 1156–62. doi : 10.1021/bi0356395 . PMID 14756551 .
- ^ Кога Т., Накамура К., Широкан Ю., Мизусава К., Китао С., Кикучи М (июль 1991). «Очистка и некоторые свойства сахарозы фосфорилазы из Leuconostoc mesenteroides». Сельскохозяйственная и биологическая химия . 55 (7): 1805–10. PMID 1368718 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Шварц А., Нидецки Б (июль 2006 г.). «ASP-196-> ALA-мутант Leuconostoc Mesenteroides сахарозы фосфорилаз демонстрирует измененный стереохимический курс и кинетический механизм глюкозильного переноса в фосфат и обратно» . Письма Febs . 580 (16): 3905–10. doi : 10.1016/j.febslet.2006.06.020 . PMID 16797542 .
- ^ Mieyal JJ, Simon M, Abeles RH (январь 1972 г.). «Механизм действия сахарозы фосфорилазы. 3. Реакция с водой и другими спиртами». Журнал биологической химии . 247 (2): 532–42. PMID 5009699 .
- ^ Schwarz A, Brecker L, Nidetzky B (май 2007 г.). «Кислотно-базовая катализ у лейконостока Mesenteroides сахарозы фосфорилаза, исследованная с помощью сайт-направленного мутагенеза и детального кинетического сравнения мутантных ферментов дикого типа и Glu237-> Gln» . Биохимический журнал . 403 (3): 441–9. doi : 10.1042/bj20070042 . PMC 1876375 . PMID 17233628 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Мюллер М., Нидецки Б (апрель 2007 г.). «Роль ASP-295 в каталитическом механизме Leuconostoc Mesenteroides сахарозы фосфорилаза, расследованная с помощью сайт-направленного мутагенеза». Письма Febs . 581 (7): 1403–8. doi : 10.1016/j.febslet.2007.02.060 . PMID 17350620 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Триндада М.И., Абратт В.Р., Рейд С.Дж. (январь 2003 г.). «Индукция генов утилизации сахарозы из Bifidobacterium lactis с помощью сахарозы и рафинозы» . Прикладная и экологическая микробиология . 69 (1): 24–32. doi : 10.1128/aem.69.1.24-32.2003 . PMC 152442 . PMID 12513973 .
