Транскетолаза
| транскетолаза | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 2.2.1.1 | ||
| Номер CAS. | 9014-48-6 | ||
| 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 | ||
| |||
| транскетолаза | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | ТКТ | ||
| ген NCBI | 7086 | ||
| HGNC | 11834 | ||
| МОЙ БОГ | 606781 | ||
| RefSeq | НМ_001064 | ||
| ЮниПрот | P29401 | ||
| Другие данные | |||
| Номер ЕС | 2.2.1.1 | ||
| Локус | Хр. 3 п14.3 | ||
| |||
Транскетолаза (сокращенно ТК ) представляет собой фермент , который у человека кодируется ТКТ геном . [1] Он участвует как в пентозофосфатном пути у всех организмов, так и цикле Кальвина фотосинтеза в . Транскетолаза катализирует две важные реакции, которые действуют в противоположных направлениях в этих двух путях. В первой реакции неокислительного пентозофосфатного пути кофактор тиаминдифосфат принимает 2-углеродный фрагмент от 5-углеродной кетозы ( D-ксилулоза-5-P ), затем переносит этот фрагмент на 5-углеродную альдозу ( D-рибоза-5-P ) с образованием 7-углеродной кетозы ( седогептулоза-7-P ). Отщепление двух атомов углерода от D-ксилулозы-5-P дает трехуглеродный альдозный глицеральдегид-3-P . В цикле Кальвина транскетолаза катализирует обратную реакцию - превращение седогептулозы-7-П и глицеральдегида-3-П в пентозы, альдозу D-рибозу-5-П и кетозу D-ксилулозу-5-П.
Вторая реакция, катализируемая транскетолазой по пентозофосфатному пути, включает тот же тиаминдифосфат-опосредованный перенос 2-углеродного фрагмента от D-ксилулозы-5-P к альдозоэритрозо -4-фосфату , с образованием фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-4-фосфата. 3-П. Опять же, в цикле Кальвина происходит точно такая же реакция, но в противоположном направлении. Причем в цикле Кальвина это первая реакция, катализируемая транскетолазой, а не вторая.
У млекопитающих транскетолаза соединяет пентозофосфатный путь с гликолизом , подавая избыток сахарофосфатов в основные пути метаболизма углеводов. Его присутствие необходимо для производства НАДФН , особенно в тканях, активно участвующих в биосинтезе, например, синтезе жирных кислот печенью и молочными железами , а также для стероидов синтеза печенью и надпочечниками . Тиаминдифосфат является важным кофактором наряду с кальцием .
Транскетолаза обильно экспрессируется в роговице млекопитающих стромальными кератоцитами и эпителиальными клетками и считается одним из кристаллинов роговицы . [2]
Распространение видов
[ редактировать ]Транскетолаза широко экспрессируется в широком спектре организмов, включая бактерии, растения и млекопитающих. Следующие гены человека кодируют белки с транскетолазной активностью:
Структура
[ редактировать ]Вход в активный центр этого фермента состоит в основном из нескольких аргинина , гистидина , серина и аспартата боковых цепей , причем боковая цепь глутамата играет второстепенную роль. Эти боковые цепи, а именно Arg359, Arg528, His469 и Ser386, консервативны внутри каждого фермента транскетолазы и взаимодействуют с фосфатной группой донорных и акцепторных субстратов . Поскольку канал субстрата настолько узок, донорный и акцепторный субстраты не могут связываться одновременно. Кроме того, субстраты принимают слегка вытянутую форму при связывании в активном центре, чтобы разместить этот узкий канал.
Хотя этот фермент способен связывать многочисленные типы субстратов, такие как фосфорилированные и нефосфорилированные моносахариды , включая кето- и альдосахара, фруктозу , рибозу и т. д., он обладает высокой специфичностью к стереоконфигурации гидроксильных групп сахаров. Эти гидроксильные группы при С-3 и С-4 донора кетозы должны находиться в D- трео -конфигурации, чтобы правильно соответствовать положениям С-1 и С-2 на акцепторе альдозы . [3] Также они стабилизируют субстрат в активном центре, взаимодействуя с остатками Asp477, His30 и His263. Нарушение этой конфигурации, как расположение гидроксильных групп, так и их стереохимия, следовательно, приведет к изменению Н-связи между остатками и субстратами, что приведет к снижению сродства к субстратам.
В первой половине этого пути His263 используется для эффективного отрыва гидроксильного протона C3 , что, таким образом, позволяет отщепить 2-углеродный сегмент от фруктозо-6-фосфата . [4] Кофактором , необходимым для этого этапа, является тиаминпирофосфат (TPP). Связывание TPP с ферментом не вызывает серьезных конформационных изменений фермента; вместо этого фермент имеет две гибкие петли в активном центре, которые делают TPP доступным и возможным связывание. [3] Таким образом, это позволяет активному сайту иметь «закрытую» конформацию, а не большое конформационное изменение. На более позднем этапе His263 используется в качестве донора протонов для комплекса акцептор субстрата-TPP, который затем может генерировать эритрозо-4-фосфат .
Боковые цепи гистидина и аспартата используются для эффективной стабилизации субстрата внутри активного центра, а также участвуют в депротонировании субстрата. Точнее, боковые цепи His 263 и His30 образуют водородные связи с альдегидным концом субстрата, который находится глубже всего в канале субстрата, а Asp477 образует водородные связи с альфа-гидроксильной группой субстрата, где он эффективно свяжите субстрат и проверьте правильность стереохимии. Также считается, что Asp477 может иметь важные каталитические эффекты из-за его ориентации в середине активного центра и взаимодействия с альфа-гидроксильной группой субстрата. Glu418, расположенный в самой глубокой области активного центра, играет решающую роль в стабилизации кофактора TPP. Точнее, он участвует в отщеплении протона с помощью кофактора от молекулы субстрата. [3]
Фосфатная группа субстрата также играет важную роль в стабилизации субстрата при его входе в активный центр. Тесные ионные и полярные взаимодействия между этой фосфатной группой и остатками Arg359, Arg528, His469 и Ser386 в совокупности стабилизируют субстрат, образуя Н-связи с атомами кислорода фосфата. [3] Ионная природа обнаружена в солевом мостике, образованном от Arg359 до фосфатной группы.
Механизм
[ редактировать ]Катализ этого механизма инициируется депротонированием ТФП по тиазолиевому кольцу. Затем этот карбанион связывается с карбонилом донорного субстрата, разрывая таким образом связь между C-2 и C-3. Этот кето-фрагмент остается ковалентно связанным с углеродом C-2 TPP. Затем донорный субстрат высвобождается, а акцепторный субстрат попадает в активный центр, где фрагмент, связанный с промежуточным α-β-дигидроксиэтилтиаминдифосфатом, затем переносится на акцептор. [3]
Также были проведены эксперименты по проверке эффекта замены аланина на аминокислоты на входе в активный центр Arg359, Arg528 и His469, которые взаимодействуют с фосфатной группой субстрата. Эта замена создает мутантный фермент с нарушенной каталитической активностью. [3]
Роль в болезни
[ редактировать ]Активность транскетолазы снижается при дефиците тиамина, что, как правило, связано с нарушением питания . Некоторые заболевания связаны с дефицитом тиамина, в том числе бери-бери , биотин-тиамин-зависимая болезнь базальных ганглиев (БТБГД) , [5] синдром Вернике-Корсакова и другие ( Тиамин» полный список см. в разделе « ).
При синдроме Вернике-Корсакова мутаций не выявлено, [6] есть указания на то, что дефицит тиамина приводит к синдрому Вернике-Корсакова только у тех, у кого транскетолаза имеет пониженное сродство к тиамину. [7] Таким образом, активность транскетолазы сильно затрудняется и, как следствие, ингибируется весь пентозофосфатный путь. [8]
Дефицит транскетолазы, также известный как SDDHD (низкий рост, задержка развития и врожденные пороки сердца), заболевание вызывается наследственной аутосомно-рецессивной мутацией в гене ТКТ. Редкое нарушение метаболизма пентозофосфатов, симптомы которого проявляются в младенчестве, включая задержку развития и умственную отсталость, задержку или отсутствие речи, низкий рост и врожденные пороки сердца. Дополнительные сообщаемые особенности включают, среди прочего, гипотонию, гиперактивность, стереотипное поведение, офтальмологические отклонения, нарушения слуха и вариабельный лицевой дисморфизм. Лабораторный анализ показывает повышенное содержание полиолов в плазме и моче (эритрит, арабит и рибит) и сахарофосфатов в моче (рибозо-5-фосфат и ксилулоза/рибулозо-5-фосфат). [9] «Экстракты клеток всех 5 пациентов показали отсутствие или низкую остаточную активность ТКТ. Бойл и др. (2016) предположили, что низкая активность ТКТ в некоторых тканях, возможно, из другого белка с той же функцией, может объяснить, почему дефицит ТКТ совместим с жизнью. хотя ТКТ является важным ферментом». [10]
Диагностическое использование
[ редактировать ]Активность транскетолазы эритроцитов снижается при дефиците тиамина (витамина B 1 ) и может быть использована для диагностики энцефалопатии Вернике и других синдромов дефицита B 1 , если диагноз вызывает сомнения. [11] Помимо исходной активности фермента (которая может быть нормальной даже при состояниях дефицита), ускорение активности фермента после добавления тиаминпирофосфата может быть диагностическим признаком дефицита тиамина (0–15% в норме, 15–25% дефицита, >25% тяжелой степени). дефицит). [12]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ « Ген ТКТ – Транскетолаза» . Генные карты . 22 мая 2023 г. Проверено 31 мая 2023 г.
- ^ Сакс СМ, Кейс В.Т., Саламон С., Червенак М.М., Сюй Ю.С., Пятигорский Дж. (ноябрь 2000 г.). «На экспрессию гена транскетолазы в роговице влияют факторы окружающей среды и события, контролируемые развитием». Роговица . 19 (6): 833–41. дои : 10.1097/00003226-200011000-00014 . ПМИД 11095059 . S2CID 7453789 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Нильссон У, Мешалкина Л, Линдквист Ю, Шнайдер Г (январь 1997 г.). «Исследование связывания субстрата тиаминдифосфат-зависимой транскетолазы с помощью кристаллографии белка и сайт-направленного мутагенеза» . Журнал биологической химии . 272 (3): 1864–9. дои : 10.1074/jbc.272.3.1864 . ПМИД 8999873 .
- ^ Викнер С, Нильссон У, Мешалкина Л, Удекву С, Линдквист Ю, Шнайдер Г (декабрь 1997 г.). «Идентификация каталитически важных остатков дрожжевой транскетолазы». Биохимия . 36 (50): 15643–9. дои : 10.1021/bi971606b . ПМИД 9398292 .
- ^ Табарки Б., Аль-Хашем А., Альфадель М. (август 2020 г.). «Биотин-тиамин-зависимая болезнь базальных ганглиев». Адам М.П., Ардингер Х.Х., Пагон Р.А., Уоллес С.Е., Бин Л.Дж., Мирзаа Г., Амемия А., Табарки Б., Аль-Хашем А., Альфадель М. (ред.). Джин Обзоры . Вашингтонский университет, Сиэтл. ПМИД 24260777 .
- ^ МакКул Б.А., Планк С.Г., Мартин П.Р., Синглтон К.К. (январь 1993 г.). «Клонирование кДНК транскетолазы человека и сравнение нуклеотидной последовательности кодирующей области у людей Вернике-Корсакова и людей, не принадлежащих к Вернике-Корсакову» . Журнал биологической химии . 268 (2): 1397–404. дои : 10.1016/S0021-9258(18)54089-8 . ПМИД 8419340 . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Бласс Дж. П., Гибсон Дж. Е. (декабрь 1977 г.). «Нарушение тиамина, требующего фермента, у пациентов с синдромом Вернике-Корсакова». Медицинский журнал Новой Англии . 297 (25): 1367–70. дои : 10.1056/NEJM197712222972503 . ПМИД 927453 .
- ^ Кокс М., Нельсон Д.Р., Ленинджер А.Л. (2005). Ленингерские принципы биохимии . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 0-7167-4339-6 .
- ^ «Орфанет: дефицит транскетолазы» . www.orpha.net . Проверено 20 марта 2023 г.
- ^ "#617044 - НИЗКИЙ РОСТ, ЗАДЕРЖКА РАЗВИТИЯ И ВРОЖДЕННЫЕ ПОРОКИ СЕРДЦА; SDDHD - Альтернативные названия; символы - ДЕФИЦИТ ТРАНСКЕТОЛАЗЫ - ДЕФИЦИТ ТКТ" . OMIM — Интернет-менделевское наследование у человека . Проверено 20 марта 2023 г.
- ^ Смитс Э.Х., Мюллер Х., де Ваэль Дж. (июль 1971 г.). «Анализ НАДН-зависимой транскетолазы в гемолизатах эритроцитов». Клиника Химика Акта; Международный журнал клинической химии . 33 (2): 379–86. дои : 10.1016/0009-8981(71)90496-7 . hdl : 1874/24761 . ПМИД 4330339 . S2CID 34219273 .
- ^ Дулман Р., Динбар А., Села Б.А. (июль 1995 г.). «Улучшенное измерение активности транскетолазы при оценке «ТПП-эффекта» ». Европейский журнал клинической химии и клинической биохимии . 33 (7): 445–6. ПМИД 7548453 .
