2-дегидро-3-дезокси-фосфоглюконат альдолаза

показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

2-дегидро-3-дезокси-фосфоглюконат альдолаза
2-дегидро-3-дезокси-фосфоглюконат альдолаза
Идентификаторы
ЕС №.	4.1.2.14
CAS №.	9024-53-7
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
Джин Онтология	Друг / Quickgo
PMC
показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

Фермент ( 2-дегидро-3-дезокси-фосфоглюконат альдолаза EC 4.1.2.14 ) , обычно известный как KDPG-альдолаза , катализирует химическую реакцию

2-дегидро-3-дезокси- d -глюконат 6-фосфат

\rightleftharpoons

Pyruvate + D -Glyceraldehyde 3 -фосфат

Этот фермент принадлежит к семейству лиаз , в частности, альдегид -лиазы, которые расщепляют углеродные связи. Он используется в пути Entner -Doudoroff у прокариот, питаясь в гликолиз. 2-дегидро-3-дезокси-фосфоглюконат альдолаза является одним из двух ферментов, отличающих этот путь от более известного пути Эмбден-Мейерхоф-Перанас . ^{[ 1 ]} Этот фермент также участвует в 3 метаболических путях : пентозофосфатном пути , пентозы и глюкуронатных взаимосвязи , а также метаболизм аргинина и пролина .

В дополнение к расщеплению 6-дегидро-3-дезокси-D-глюконата 6-фосфата, также обнаруживается, что он естественным образом катализирует образование основания SCHIFF между группой лизин -аминокислот и карбонильными соединениями, декарбоксилированием оксалоацетата и обмен Протоны растворителя с атомами метилового водорода пирувата . ^{[ 2 ]}

Номенклатура

Систематическим названием этого класса ферментов является 2-дегидро-3-дезокси-D-глюконат-6-фосфат D-глицеральдегид-3-фосфат-лилаза (пируват-образец) . Другие общие имена включают в себя:

KDPG Aldolas
фосфо-2-кето-3-дезоксиглюконат альдолаза
фосфо-2-кето-3-дезоксиглюконовая альдолаза
2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконная альдолаза
2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат альдолаза
6-фосфо-2-кето-3-дезоксиглюконат альдолаза
ODPG Альдолаза , 2-оксо-3-дезокси-6-фосфоглюконат альдолаза
2-кето-3-дезоксиглюконат-6-п-альдолаза
2-кето-3-дезоксиглюконат-6-фосфат альдолаза
2-дегидро-3-дезокси-D-глюконат-6-фосфат
D-глицеральдегид-3-фосфат-линейаза

Структура фермента

Недавно было определено, что KDPG Aldolase является тример через кристаллографическую трехкратную симметрию с 225 остатками. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Было определено, что фермент имеет молекулярную массу 23 942. ^{[ 4 ]} Тример стабилизируется в основном через гидрофобные взаимодействия. Молекула имеет третичное складывание, аналогичное триозофосфат изомеразы и A-домен пируваткиназы , образуя восемь цепных α/β-болот. ^{[ 3 ]}^{[ 5 ]} Структура α/β-ствола ограничивается с одной стороны N-концевой спиралью. Другая сторона, карбоновая сторона, содержит активный сайт. ^{[ 6 ]} Каждая субъединица содержит фосфат -он, связанный в положении сайта связывания альдолазы. ^{[ 7 ]} Было обнаружено, что в каждой субъединице присутствует четыре цистеинильные группы, с двумя легко доступными и две похороненные в субъединице. ^{[ 8 ]}

Активный сайт содержит ZwitterIonic Pair Glu -45/ Lys -133. ^{[ 9 ]} Лизин, который участвует в формировании основания Шиффа, координируется фосфатным ионом и двумя молекулами воды растворителя. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Первая молекула воды служит шаттлом между глутаматом и субстратом, оставаясь связанным с ферментом на протяжении всего каталитического цикла. ^{[ 7 ]} Вторая молекула воды является продуктом обезвоживания карбиноламина, который приводит к образованию основания Шиффа. ^{[ 7 ]} Он также функционирует как нуклеофил во время гидролиза основания SCHIFF фермента, что приводит к высвобождению пирувата. ^{[ 7 ]}

В конце 2007 года 13 структур для этого класса ферментов были решены PDB , с кодами согласия 1EUA , 1 EUN , 1FQ0 , 1FWR , 1KGA , 1MXS , 1WA3 , 1WAU , 1WBH , 2C0A , 2NUW , 2NUX и 2NUY .

Ферментный механизм

Одной из реакций KDPG альдолаза катализирует, как в пути Entner-Doudoroff , является обратимое расщепление 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглуконат (KDPG) в пируват и D-глицеральдегид-3-фосфат . ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Это происходит через стереоспецифическое расщепление ретро-альдола . ^{[ 7 ]} Передача протона между Zwitterionic Pair Glu-45/Lys-133 в активном сайте активирует лизин, служащий в качестве нуклеофила на первом этапе и глутамате, чтобы помочь в базовом катализе, участвующем в расщеплении углерода. ^{[ 9 ]} Остаток 133 лизина служит нуклеофилом и атакует карбонильную группу 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат с образованием протонированного промежуточного звена карбиноламина, также известного как промежуточное соединение основания Schiff . ^{[ 7 ]}^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Промежуточное соединение стабилизируется водородной связью с остатками в активном участке. ^{[ 9 ]} Три углеродного остатка, глицеральдегид 3-фосфат , расщепляется через основополагающий катализ с молекулой воды и остатками Glu-45. ^{[ 7 ]}^{[ 9 ]} Пируват генерируется через нуклеофильную атаку воды на базу Schiff для реформирования кетона. Ароматическое взаимодействие с PHE-135 обеспечивает стереоспецифическое дополнение, связанное с обратным процессом. ^{[ 9 ]}

Также было показано, что KDPG -альдолаза катализирует обмен атомами водорода метильных групп пирувата с протонами растворителя. ^{[ 10 ]}

KDPG Альдолаза Механизм в пути Entner - Doudoroff

Эволюционное значение

История

Были представлены аргументы как для конвергентной , так и для дивергентной эволюции структурированных ферментов α/β-битвы, таких как KDPG-альдолаза, триозофосфат изомераза и A-домена пируваткиназы.

Конвергентная эволюция может привести к геометрически сходным активным участкам, в то время как каждый фермент имеет отчетливую конформацию основной цепи. Однако сходимость к общей структуре основы, как и здесь, не наблюдалась, хотя утверждается, что это может быть возможна для симметрически повторяющейся структуры, как это наблюдалось здесь. ^{[ 11 ]} Сходство в складывании трех ферментов и исключительной симметрии обычно предполагает дивергентную эволюцию от общего предка. Функциональное сходство ферментов остается самым сильным аргументом для дивергентной эволюции. ^{[ 11 ]} Все три фермента активируют связь C - H, прилегающую к карбонильной группе. Активные участки расположены на карбоновых концах β -цепей. Такая конгруэнтность в пользу расходящейся эволюции.

Если преобладает гипотеза дивергентной эволюции, это предполагает существование класса ферментов с не связанными аминокислотными последовательностями, но аналогичной симметричной структурой и складыванием. ^{[ 11 ]}

Направленная эволюция

KDPG Альдолаза имеет ограниченную полезность благодаря высокой специфичности для ее естественных субстратов в расщеплении KDPG и обратном добавлении D-глицеральдегида-3-фосфат и пирувата . ^{[ 12 ]} Эволюция in vitro позволила преобразовать альдолазу KDPG в более эффективную альдолазу с измененной субстратной специфичностью и стереоселективностью, тем самым улучшая ее полезность в асимметричном синтезе. ^{[ 13 ]} Вместо того, чтобы модифицировать сайт распознавания, подложка модифицируется путем перемещения активного сайта лизин из одной β -цепи в соседнюю. ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]} Эволюционная альдолаза способна принимать как D-, так и L-глицеральдегид в их нефосфорилированной форме. ^{[ 15 ]}

Ссылки

^ Peekhaus N, Conway T (июль 1998 г.). «Что на ужин?: Entner -Doudoroff Metabolism в Escherichia coli» . J. Bacteriol . 180 (14): 3495–502. doi : 10.1128/jb.180.14.3495-3502.1998 . PMC 107313 . PMID 9657988 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Mavridis IM, Tulinsky A (октябрь 1976 г.). «Складная и четвертичная структура тримерной 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконической альдолазы при разрешении 3,5-А». Биохимия . 15 (20): 4410–7. doi : 10.1021/bi00665a010 . PMID 974067 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Mavridis IM, Hatada MH, Tulinsky A, Lebioda L (декабрь 1982). «Структура 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат альдолазы при 2. 8 А разрешение». J. Mol. Биол . 162 (2): 419–44. doi : 10.1016/0022-2836 (82) 90536-8 . PMID 7161801 .
^ Suzuki N, Wood WA (апрель 1980 г.). «Полная первичная структура 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат альдолаза» . Дж. Биол. Химический 255 (8): 3427–35. doi : 10.1016/s0021-9258 (19) 85716-2 . PMID 6988426 .
^ Ричардсон JS (сентябрь 1979 г.). «Одинокий обложенный параллельный бета-бочка: предлагаемая структура для 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат альдолаза». Биохимия. Биофиз. Резерв Общение 90 (1): 285–90. doi : 10.1016/0006-291x (79) 91622-х . PMID 496979 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Bell BJ, Watanabe L, Rios-Steiner JL, Tulinsky A, Lebioda L, Arni RK (август 2003 г.). «Структура 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконата (KDPG) альдолазы из Pseudomonas putida». Acta Crystallogr. Дюймовый 59 (Pt 8): 1454–8. doi : 10.1107/s0907444903013192 . PMID 12876349 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час Fullerton SW, Griffiths JS, Merkel AB, et al. (Май 2006 г.). «Механизм класса I KDPG Aldolase» . Биорг. Медик Химический 14 (9): 3002–10. doi : 10.1016/j.bmc.2005.12.022 . PMC 3315828 . PMID 16403639 .
^ Möhler H, Decker K, Wood WA (июль 1972 г.). «Структура 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат альдолазы. IV. Структурные особенности, выявленные при лечении с помощью реагента мочевины и Эллмана». Архи Биохимия. Биофиз . 151 (1): 251–60. doi : 10.1016/0003-9861 (72) 90495-х . PMID 5044518 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин Аллард Дж., Грочулски П., Сигуш Дж. (Март 2001 г.). «Ковалентное промежуточное соединение, захваченное 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатом (KDPG) альдолазной структуры при разрешении 1,95-A» . Прокурор Нат. Академический Наука США . 98 (7): 3679–84. doi : 10.1073/pnas.071380898 . PMC 31111 . PMID 11274385 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Meloche HP, Glusker JP (июль 1973 г.). «Катализ альдолазы: одно базовая активация протонов». Наука . 181 (4097): 350–2. Bibcode : 1973sci ... 181..350M . doi : 10.1126/science.181.4097.350 . PMID 4719907 . S2CID 37940739 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Lebioda L, Hatada MH, Tulinsky A, Mavridis IM (декабрь 1982). «Сравнение складывания 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат альдолазы, триозофосфат изомеразы и пируваткиназа. Последствия в молекулярной эволюции». J. Mol. Биол . 162 (2): 445–58. doi : 10.1016/0022-2836 (82) 90537-x . PMID 7161802 .
^ Фаринас Эт, Бултер Т., Арнольд Ф.Х. (декабрь 2001 г.). «Режиссер эволюция фермента». Карт Мнение Биотехнол . 12 (6): 545–51. doi : 10.1016/s0958-1669 (01) 00261-0 . PMID 11849936 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Фонг С., Мачайьюски Т.Д., Мак С.К., Вонг С (ноябрь 2000 г.). «Переданная эволюция D-2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконата альдолазы на новые варианты для эффективного синтеза D- и L-сахаров» . Химический Биол . 7 (11): 873–83. doi : 10.1016/s1074-5521 (00) 00035-1 . PMID 11094340 .
^ Wymer N, Buchanan LV, Henderson D, et al. (Январь 2001). «Направленная эволюция нового каталитического сайта в 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконате альдолаза из Escherichia coli» . Структура 9 (1): 1–9. doi : 10.1016/s0969-2126 (00) 00555-4 . PMID 11342129 .
^ Huisman GW, Grey D (август 2002 г.). «На пути к новым процессам для тонкой химической и фармацевтической промышленности». Карт Мнение Биотехнол . 13 (4): 352–8. doi : 10.1016/s0958-1669 (02) 00335-x . PMID 12323358 .

Дальнейшее чтение

Meloche HP, Wood WA (1964). «Кристаллизация и характеристики 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконической альдолазы» . Дж. Биол. Химический 239 (10): 3515–3518. doi : 10.1016/s0021-9258 (18) 97753-7 . PMID 14245411 .

Внешние ссылки

СМИ, связанные с 2-дегидро-3-дезокси-фосфоглюконатом альдолаза в Wikimedia Commons

[pmid9657988-1] Peekhaus N, Conway T (июль 1998 г.). «Что на ужин?: Entner -Doudoroff Metabolism в Escherichia coli» . J. Bacteriol . 180 (14): 3495–502. doi : 10.1128/jb.180.14.3495-3502.1998 . PMC 107313 . PMID 9657988 .

[pmid974067-2] Jump up to: ^а ^{беременный} Mavridis IM, Tulinsky A (октябрь 1976 г.). «Складная и четвертичная структура тримерной 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконической альдолазы при разрешении 3,5-А». Биохимия . 15 (20): 4410–7. doi : 10.1021/bi00665a010 . PMID 974067 .

[pmid7161801-3] Jump up to: ^а ^{беременный} Mavridis IM, Hatada MH, Tulinsky A, Lebioda L (декабрь 1982). «Структура 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат альдолазы при 2. 8 А разрешение». J. Mol. Биол . 162 (2): 419–44. doi : 10.1016/0022-2836 (82) 90536-8 . PMID 7161801 .

[pmid6988426-4] Suzuki N, Wood WA (апрель 1980 г.). «Полная первичная структура 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат альдолаза» . Дж. Биол. Химический 255 (8): 3427–35. doi : 10.1016/s0021-9258 (19) 85716-2 . PMID 6988426 .

[pmid496979-5] Ричардсон JS (сентябрь 1979 г.). «Одинокий обложенный параллельный бета-бочка: предлагаемая структура для 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат альдолаза». Биохимия. Биофиз. Резерв Общение 90 (1): 285–90. doi : 10.1016/0006-291x (79) 91622-х . PMID 496979 .

[pmid12876349-6] Jump up to: ^а ^{беременный} Bell BJ, Watanabe L, Rios-Steiner JL, Tulinsky A, Lebioda L, Arni RK (август 2003 г.). «Структура 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконата (KDPG) альдолазы из Pseudomonas putida». Acta Crystallogr. Дюймовый 59 (Pt 8): 1454–8. doi : 10.1107/s0907444903013192 . PMID 12876349 .

[pmid16403639-7] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час Fullerton SW, Griffiths JS, Merkel AB, et al. (Май 2006 г.). «Механизм класса I KDPG Aldolase» . Биорг. Медик Химический 14 (9): 3002–10. doi : 10.1016/j.bmc.2005.12.022 . PMC 3315828 . PMID 16403639 .

[pmid5044518-8] Möhler H, Decker K, Wood WA (июль 1972 г.). «Структура 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат альдолазы. IV. Структурные особенности, выявленные при лечении с помощью реагента мочевины и Эллмана». Архи Биохимия. Биофиз . 151 (1): 251–60. doi : 10.1016/0003-9861 (72) 90495-х . PMID 5044518 .

[pmid11274385-9] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин Аллард Дж., Грочулски П., Сигуш Дж. (Март 2001 г.). «Ковалентное промежуточное соединение, захваченное 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатом (KDPG) альдолазной структуры при разрешении 1,95-A» . Прокурор Нат. Академический Наука США . 98 (7): 3679–84. doi : 10.1073/pnas.071380898 . PMC 31111 . PMID 11274385 .

[pmid4719907-10] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Meloche HP, Glusker JP (июль 1973 г.). «Катализ альдолазы: одно базовая активация протонов». Наука . 181 (4097): 350–2. Bibcode : 1973sci ... 181..350M . doi : 10.1126/science.181.4097.350 . PMID 4719907 . S2CID 37940739 .

[pmid7161802-11] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Lebioda L, Hatada MH, Tulinsky A, Mavridis IM (декабрь 1982). «Сравнение складывания 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат альдолазы, триозофосфат изомеразы и пируваткиназа. Последствия в молекулярной эволюции». J. Mol. Биол . 162 (2): 445–58. doi : 10.1016/0022-2836 (82) 90537-x . PMID 7161802 .

[pmid11849936-12] Фаринас Эт, Бултер Т., Арнольд Ф.Х. (декабрь 2001 г.). «Режиссер эволюция фермента». Карт Мнение Биотехнол . 12 (6): 545–51. doi : 10.1016/s0958-1669 (01) 00261-0 . PMID 11849936 .

[pmid11094340-13] Jump up to: ^а ^{беременный} Фонг С., Мачайьюски Т.Д., Мак С.К., Вонг С (ноябрь 2000 г.). «Переданная эволюция D-2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконата альдолазы на новые варианты для эффективного синтеза D- и L-сахаров» . Химический Биол . 7 (11): 873–83. doi : 10.1016/s1074-5521 (00) 00035-1 . PMID 11094340 .

[pmid11342129-14] Wymer N, Buchanan LV, Henderson D, et al. (Январь 2001). «Направленная эволюция нового каталитического сайта в 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконате альдолаза из Escherichia coli» . Структура 9 (1): 1–9. doi : 10.1016/s0969-2126 (00) 00555-4 . PMID 11342129 .

[pmid12323358-15] Huisman GW, Grey D (август 2002 г.). «На пути к новым процессам для тонкой химической и фармацевтической промышленности». Карт Мнение Биотехнол . 13 (4): 352–8. doi : 10.1016/s0958-1669 (02) 00335-x . PMID 12323358 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

v Т и Углерод -углеродные лиазы ( EC 4.1)
4.1.1: Carboxy-lyases	Acetoacetate decarboxylase Adenosylmethionine decarboxylase Arginine decarboxylase Aromatic L-amino acid decarboxylase Glutamate decarboxylase Histidine decarboxylase Lysine decarboxylase Malonyl-CoA decarboxylase Ornithine decarboxylase Oxaloacetate decarboxylase Phosphoenolpyruvate carboxykinase Phosphoenolpyruvate carboxylase Phosphoribosylaminoimidazole carboxylase Pyrophosphomevalonate decarboxylase Pyruvate decarboxylase RuBisCO Uridine monophosphate synthetase/Orotidine 5'-phosphate decarboxylase Uroporphyrinogen III decarboxylase
4.1.2: Aldehyde-lyases	Fructose-bisphosphate aldolase Aldolase A Aldolase B Aldolase C 2-hydroxyphytanoyl-CoA lyase Threonine aldolase
4.1.3: Oxo-acid-lyases	Isocitrate lyase 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyase
4.1.99: Other	Tryptophanase Photolyase CPD lyase Spore photoproduct lyase

v Т и Ферменты
Activity	Active site Binding site Catalytic triad Oxyanion hole Enzyme promiscuity Diffusion-limited enzyme Cofactor Enzyme catalysis
Regulation	Allosteric regulation Cooperativity Enzyme inhibitor Enzyme activator
Classification	EC number Enzyme superfamily Enzyme family List of enzymes
Kinetics	Enzyme kinetics Eadie–Hofstee diagram Hanes–Woolf plot Lineweaver–Burk plot Michaelis–Menten kinetics
Types	EC1 Oxidoreductases (list) EC2 Transferases (list) EC3 Hydrolases (list) EC4 Lyases (list) EC5 Isomerases (list) EC6 Ligases (list) EC7 Translocases (list)