Фруктозо-бисфосфатальдолаза ( EC 4.1.2.13), часто просто альдолаза , представляет собой фермент , катализирующий обратимую реакцию , которая расщепляет альдоль , фруктозо-1,6-бисфосфат , на триозофосфаты , дигидроксиацетонфосфат (DHAP) и глицеральдегид-3-фосфат (G3P). ). Альдолаза также может продуцировать DHAP из других (3S,4R)-кетозо- 1 -фосфатов, таких как фруктозо-1-фосфат и седогептулозо-1,7-бисфосфат . Глюконеогенез и цикл Кальвина , которые являются анаболическими путями , используют обратную реакцию. Гликолиз , катаболический путь , использует прямую реакцию. По механизму действия альдолаза делится на два класса.
Слово «альдолаза» также относится, в более общем смысле, к ферменту, который выполняет альдольную реакцию (создание альдола ) или ее обратную реакцию (расщепление альдола), например, альдолаза сиаловой кислоты , которая образует сиаловую кислоту . См. список альдолаз .
Белки класса I образуют протонированное промежуточное соединение основания Шиффа , связывающее высококонсервативный лизин активного центра с карбонильным углеродом DHAP . Кроме того, остатки тирозина имеют решающее значение для этого механизма, действуя как стабилизирующие акцепторы водорода. Белки класса II используют другой механизм, который поляризует карбонильную группу двухвалентным катионом, таким как Zn 2+ . Белок -оперон галактитол Escherichia coli , gatY, и белок-оперон N-ацетилгалактозамин , agaY, которые представляют собой тагатозо-бисфосфатальдолазу , являются гомологами фруктозо-бисфосфатальдолазы класса II. Показано, что два гистидиновых остатка в первой половине последовательности этих гомологов участвуют в связывании цинка. [1]
Каждая из белковых субъединиц обоих классов имеет домен α/β , свернутый в цилиндр TIM , содержащий активный центр. Несколько субъединиц собираются в полноценный белок . Эти два класса имеют мало общего последовательности .
За немногими исключениями у животных , растений и зеленых водорослей обнаружены только белки класса I. [2] За редким исключением, у грибов обнаружены только белки класса II . Оба класса широко обнаружены у других эукариот и бактерий . [3] Эти два класса часто присутствуют вместе в одном организме. В растениях и водорослях помимо обычной цитозольной альдолазы имеется пластидная альдолаза, иногда являющаяся реликтом эндосимбиоза . Бифункциональная фруктозо-бисфосфатальдолаза/фосфатаза с механизмом класса I широко обнаружена у архей и некоторых бактерий. [4] Активный центр этой архейной альдолазы также находится в стволе ТИМ.
Глюконеогенез и гликолиз разделяют серию из шести обратимых реакций. В глюконеогенезе глицеральдегид-3-фосфат под действием альдолазы восстанавливается до фруктозо-1,6-бисфосфата. При гликолизе фруктозо-1,6-бисфосфат превращается в глицеральдегид-3-фосфат и дигидроксиацетонфосфат с помощью альдолазы. Альдолаза, используемая в глюконеогенезе и гликолизе, представляет собой цитоплазматический белок.
У позвоночных обнаружены три формы белка класса I. Альдолаза А преимущественно экспрессируется в мышцах и мозге; альдолаза B в печени, почках и энтероцитах ; и альдолаза С в мозге. Альдолазы А и С в основном участвуют в гликолизе , тогда как альдолаза В участвует как в гликолизе, так и в глюконеогенезе. [5] Некоторые дефекты альдолазы B вызывают наследственную непереносимость фруктозы . Метаболизм свободной фруктозы в печени использует способность альдолазы B использовать фруктозо-1-фосфат в качестве субстрата . [6] Архейная фруктозо-бисфосфатальдолаза/фосфатаза предположительно участвует в глюконеогенезе, поскольку ее продуктом является фруктозо-6-фосфат. [7]
Цикл Кальвина — это путь фиксации углерода ; это часть фотосинтеза, в ходе которого углекислый газ и другие соединения превращаются в глюкозу. Он и глюконеогенез разделяют серию из четырех обратимых реакций. В обоих путях 3-фосфоглицерат (3-PGA или 3-PG) восстанавливается до фруктозо-1,6-бисфосфата, причем последнюю реакцию катализирует альдолаза. Пятая реакция, катализируемая по обоим путям фруктозо-1,6-бисфосфатазой , гидролизует фруктозо-1-6-бисфосфат до фруктозо-6-фосфата и неорганического фосфата. Значительное уменьшение свободной энергии делает эту реакцию необратимой. В цикле Кальвина альдолаза также катализирует выработку седогептулозо-1,7-бисфосфата из DHAP и эритрозо-4-фосфата . Основными продуктами цикла Кальвина являются триозофосфат (TP), который представляет собой смесь DHAP и G3P, и фруктозо-6-фосфат. Оба также необходимы для регенерации RuBP . Альдолаза, используемая растениями и водорослями в цикле Кальвина, обычно представляет собой белок, нацеленный на пластиды, кодируемый ядерным геном.
Альдолаза катализирует
а также
Альдолаза используется в обратимом стволе глюконеогенеза/гликолиза.
Альдолаза также используется в той части цикла Кальвина, которая связана с глюконеогенезом, с необратимым гидролизом фосфата в конце, катализируемым фруктозо-1,6-бисфосфатазой.
В глюконеогенезе 3-PG продуцируется енолазой и фосфоглицератмутазой , действующими последовательно.
В цикле Кальвина 3-ПГ производится Рубиско.
G3P продуцируется фосфоглицераткиназой, действующей последовательно с глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой (ГАФДГ) в глюконеогенезе и последовательно с глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой (НАДФ+) (фосфорилируя) в цикле Кальвина.
Триозофосфат-изомераза поддерживает DHAP и G3P почти в равновесии, образуя смесь, называемую триозофосфатом (TP).
Таким образом, альдолазе доступны как DHAP, так и G3P.
Альдолаза также участвует во многих «подрабатывающих» или некаталитических функциях, основываясь на ее сродстве к связыванию со многими другими белками, включая F-актин , α-тубулин , динеин легкой цепи , WASP , анионообменник полосы 3 , фосфолипазу D ( PLD2 ). , транспортер глюкозы GLUT4 , инозитолтрифосфат , V -АТФаза и ARNO ( фактор обмена гуаниновых нуклеотидов ARF6 ). Считается, что эти ассоциации преимущественно участвуют в клеточной структуре, однако было изучено участие в эндоцитозе, инвазии паразитов, перестройке цитоскелета, подвижности клеток, транспортировке и рециркуляции мембранных белков, передаче сигналов и компартментализации тканей. [8] [9] [10]