stringtranslate.com

Альдолаза В

Альдолаза B, также известная как фруктозо-бисфосфатальдолаза B или альдолаза печеночного типа, является одним из трех изоферментов (A, B и C) фермента фруктозо-1,6-бисфосфатальдолазы класса I (EC 4.1.2.13) и играет ключевую роль как в гликолизе, так и в глюконеогенезе . Общий фермент фруктозо-1,6-бисфосфатальдолаза катализирует обратимое расщепление фруктозо-1,6-бисфосфата (FBP) на глицеральдегид-3-фосфат и дигидроксиацетонфосфат (DHAP), а также обратимое расщепление фруктозо-1-фосфата (F1P) на глицеральдегид и дигидроксиацетонфосфат. У млекопитающих альдолаза B преимущественно экспрессируется в печени, тогда как альдолаза A экспрессируется в мышцах и эритроцитах, а альдолаза C экспрессируется в мозге. Небольшие различия в структуре изофермента приводят к разным активностям двух молекул субстрата: FBP и фруктозо-1-фосфата. Альдолаза B не проявляет предпочтения и, таким образом, катализирует обе реакции, тогда как альдолазы A и C предпочитают FBP. [5]

У людей альдолаза B кодируется геном ALDOB , расположенным на хромосоме 9. Ген имеет длину 14 500 пар оснований и содержит 9 экзонов . [6] [7] [8] Дефекты в этом гене были идентифицированы как причина наследственной непереносимости фруктозы (HFI). [9]

Механизм

Механизм реакции альдольного расщепления фруктозо-1,6-бисфосфата
Альдольное расщепление фруктозо-1,6-бисфосфата альдолазой b демонстрирует различные продукты реакции: дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегид-3-фосфат.

Общий фермент фруктозобисфосфатальдолаза расщепляет 6-углеродный фруктозный сахар на два 3-углеродных продукта в обратной альдольной реакции . Эта реакция типична для образования промежуточного соединения основания Шиффа с остатком лизина (лизин 229) в активном центре фермента; образование основания Шиффа является ключевым отличием между альдолазами класса I (вырабатываемыми животными) и класса II (вырабатываемыми грибами и бактериями). После образования основания Шиффа четвертая гидроксильная группа на фруктозном остове затем депротонируется остатком аспартата (аспартат 33), что приводит к альдольному расщеплению. Гидролиз основания Шиффа дает два 3-углеродных продукта. В зависимости от реагента, F1P или FBP, продуктами являются DHAP и глицеральдегид или глицеральдегид-3-фосфат соответственно. [10]

ΔG°' этой реакции составляет +23,9 кДж/моль. Хотя реакция может показаться слишком сложной для протекания, следует отметить, что в физиологических условиях ΔG реакции падает до уровня, близкого к нулю или ниже него. Например, ΔG этой реакции в физиологических условиях в эритроцитах составляет -0,23 кДж/моль. [10]


Структура

Альдолаза B — гомотетрамерный фермент, состоящий из четырех субъединиц с молекулярной массой 36 кДа с локальной симметрией 222. Каждая субъединица имеет молекулярную массу 36 кДа и содержит восьмицепочечный α/β-бочонок, который включает лизин 229 (аминокислоту, образующую основание Шиффа, которая является ключевой для катализа). [11] [12]

Изофермент-специфические регионы

Хотя большая часть общей структуры фермента альдолазы сохраняется среди трех изоферментов, четыре области общего фермента альдолазы были идентифицированы как сильно изменчивые среди изоферментов. Такие области были обозначены как изофермент-специфичные области (ISR1-4). Считается, что эти области придают изоферментам их специфичность и структурные различия. ISR 1-3 все находятся в экзоне 3 гена ALDOB . ISR 4 является наиболее изменчивой из четырех и находится на С-конце белка. [5]

ISR 1-3 преимущественно находятся в участках на поверхности фермента. Эти участки не перекрываются с активным сайтом, что указывает на то, что ISR могут изменять специфичность субстрата конкретного изофермента на расстоянии или вызывать взаимодействия C-конца с активным сайтом. [12] Недавняя теория предполагает, что ISR могут допускать различную конформационную динамику в ферменте альдолазе, которая объясняет его специфичность. [13]

Физиология

Альдолаза B играет ключевую роль в метаболизме углеводов , поскольку она катализирует один из основных этапов гликолитического-глюконеогенного пути. Хотя она катализирует расщепление глюкозы , она играет особенно важную роль в метаболизме фруктозы , который происходит в основном в печени, корковом веществе почек и слизистой оболочке тонкого кишечника. Когда фруктоза всасывается, она фосфорилируется фруктокиназой с образованием фруктозо-1-фосфата. Затем альдолаза B катализирует расщепление F1P на глицеральдегид и DHAP. После того, как глицеральдегид фосфорилируется триозокиназой с образованием G3P, оба продукта могут быть использованы в гликолитическом-глюконеогенном пути, то есть они могут быть модифицированы, чтобы стать либо глюкозой, либо пируватом. [14]

Хотя механизм регуляции альдолазы B неизвестен, было отмечено увеличение транскрипции гена ALDOB в печени животных при увеличении содержания углеводов в пище и снижении концентрации глюкагона . [15] [16]

Интерактивная карта маршрутов

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

  1. ^ Интерактивную карту путей можно редактировать на WikiPathways: «GlycolysisGluconeogenesis_WP534».

Патология

Генетические мутации, приводящие к дефектам альдолазы B, приводят к состоянию, называемому наследственной непереносимостью фруктозы . Из-за отсутствия функциональной альдолазы B организмы с HFI не могут должным образом перерабатывать F1P, что приводит к накоплению F1P в тканях организма. Помимо того, что они токсичны для клеточных тканей, высокие уровни F1P задерживают фосфат в непригодной для использования форме, которая не возвращается в общий пул фосфата, что приводит к истощению как запасов фосфата, так и АТФ. Недостаток легкодоступного фосфата вызывает прекращение гликогенолиза в печени, что приводит к гипогликемии. [17] Это накопление также подавляет глюконеогенез, еще больше снижая количество легкодоступной глюкозы. Потеря АТФ приводит к множеству проблем, включая ингибирование синтеза белка и нарушение функции печени и почек. Однако прогноз для пациента хороший в случаях наследственной непереносимости фруктозы. Избегая продуктов, содержащих фруктозу, сахарозу и сорбит, пациенты могут жить без симптомов. [14]

HFI — это рецессивно наследуемое аутосомное заболевание. Было выявлено около 30 мутаций, вызывающих HFI, и эти комбинированные мутации приводят к частоте HFI 1 на каждые 20 000 рождений. [14] [18] Мутантные аллели являются результатом ряда различных типов мутаций, включая замены пар оснований и небольшие делеции. Наиболее распространенной мутацией является A149P, которая представляет собой трансверсию гуанина на цитозин в экзоне 5, что приводит к замене аланина в позиции 149 на пролин. По оценкам, этот конкретный мутантный аллель составляет 53% аллелей HFI. [19] Другие мутации, приводящие к HFI, встречаются реже и часто коррелируют с предковым происхождением. [20]

Ссылки

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000136872 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000028307 – Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ ab Dalby AR, Tolan DR, Littlechild JA (ноябрь 2001 г.). «Структура фруктозо-1,6-бисфосфатальдолазы печени человека». Acta Crystallogr. D . 57 (Pt 11): 1526–33. doi :10.1107/S0907444901012719. PMID  11679716.
  6. ^ "Ген Энтреза: ALDOB альдолаза B, фруктозобисфосфат".
  7. ^ Henry I, Gallano P, Besmond C, Weil D, Mattei MG, Turleau C, Boué J, Kahn A, Junien C (июль 1985). «Структурный ген альдолазы B (ALDB) отображается на 9q13----32». Ann. Hum. Genet . 49 (Pt 3): 173–80. doi :10.1111/j.1469-1809.1985.tb01691.x. PMID  3000275. S2CID  10058239.
  8. ^ Tolan DR, Penhoet EE (июнь 1986). «Характеристика гена альдолазы B человека». Mol. Biol. Med . 3 (3): 245–64. PMID  3016456.
  9. ^ Cox TM (январь 1994). «Альдолаза B и непереносимость фруктозы». FASEB J . 8 (1): 62–71. doi : 10.1096/fasebj.8.1.8299892 . PMID  8299892. S2CID  39102274.
  10. ^ ab Garrett RH, Grisham CM (2010). Биохимия (4-е изд.). Brooks/Cole.
  11. ^ Sygusch J, Beaudry D, Allaire M (ноябрь 1987 г.). «Молекулярная архитектура альдолазы скелетных мышц кролика при разрешении 2,7 А». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 84 (22): 7846–50. doi : 10.1073/pnas.84.22.7846 . PMC 299418. PMID  3479768 . 
  12. ^ ab Pezza JA, Choi KH, Berardini TZ, Beernink PT, Allen KN, Tolan DR (май 2003 г.). «Пространственная кластеризация остатков, специфичных к изозимам, выявляет маловероятные детерминанты специфичности изозимов в фруктозо-1,6-бисфосфатальдолазе». J. Biol. Chem . 278 (19): 17307–13. doi : 10.1074/jbc.M209185200 . PMID  12611890.
  13. ^ Pezza JA, Stopa JD, Brunyak EM, Allen KN, Tolan DR (ноябрь 2007 г.). «Термодинамический анализ показывает, что конформационное сопряжение/динамика обеспечивает субстратную специфичность в фруктозо-1,6-бисфосфатальдолазе». Биохимия . 46 (45): 13010–8. doi :10.1021/bi700713s. PMC 2546497. PMID  17935305 . 
  14. ^ abc Врожденные метаболические заболевания (четвертое пересмотренное издание). Springer Berlin Heidelberg. 2006.
  15. ^ Gomez PF, Ito K, Huang Y, Otsu K, Kuzumaki T, Ishikawa K (ноябрь 1994 г.). «Диетическая и гормональная регуляция транскрипции гена альдолазы B в печени крысы». Arch Biochem Biophys . 314 (2): 307–14. doi :10.1006/abbi.1994.1447. PMID  7979370.
  16. ^ Munnich A, Besmond C, Darquy S, et al. (март 1985). «Диетическая и гормональная регуляция экспрессии гена альдолазы B». J. Clin. Invest . 75 (3): 1045–52. doi :10.1172/JCI111766. PMC 423659. PMID  2984252 . 
  17. ^ Bouteldja N, Timson DJ (апрель 2010 г.). «Биохимическая основа наследственной непереносимости фруктозы». J. Inherit. Metab. Dis . 33 (2): 105–12. doi :10.1007/s10545-010-9053-2. PMID  20162364. S2CID  207099820.
  18. ^ Эспозито Г, Витальяно Л, Сантамария Р, Виола А, Загари А, Сальваторе Ф (ноябрь 2002 г.). «Структурный и функциональный анализ мутантов альдолазы B, связанных с наследственной непереносимостью фруктозы». FEBS Lett . 531 (2): 152–6. doi : 10.1016/S0014-5793(02)03451-8 . PMID  12417303. S2CID  7134716.
  19. ^ Malay AD, Allen KN, Tolan DR (март 2005 г.). «Структура термолабильной мутантной альдолазы B, A149P: молекулярная основа наследственной непереносимости фруктозы». J Mol Biol . 347 (1): 135–44. doi :10.1016/j.jmb.2005.01.008. PMID  15733923.
  20. ^ Tolan DR (1995). «Молекулярная основа наследственной непереносимости фруктозы: мутации и полиморфизмы в гене альдолазы B человека». Hum. Mutat . 6 (3): 210–8. doi : 10.1002/humu.1380060303 . PMID  8535439. S2CID  35127545.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

  1. ^ Beebe JA, Frey PA (1 октября 1998 г.). «Галактозомутаза: очистка, характеристика и исследования двух важных остатков гистидина». Биохимия . 37 (42): 14989–14997. doi :10.1021/bi9816047. ISSN  0006-2960.