stringtranslate.com

Фруктозо-бисфосфатальдолаза

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 .

Механизм и структура

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.

В глюконеогенезе и гликолизе

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]

В цикле Кальвина

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.

Реакции

Альдолаза катализирует

фруктозо-1,6-бисфосфат ⇌ DHAP + G3P

а также

седогептулозо-1,7-бисфосфат ⇌ DHAP + эритрозо-4-фосфат
фруктозо-1-фосфат ⇌ DHAP + глицеральдегид

Альдолаза используется в обратимом стволе глюконеогенеза/гликолиза.

2( ПЭП + НАДН + Н + + АТФ + Н 2 О) ⇌ фруктозо-1,6-бисфосфат + 2(НАД + + АДФ + Ф i )

Альдолаза также используется в той части цикла Кальвина, которая связана с глюконеогенезом, с необратимым гидролизом фосфата в конце, катализируемым фруктозо-1,6-бисфосфатазой.

2( 3-PG + НАДФН + Н + + АТФ + Н 2 О) ⇌ фруктозо-1,6-бисфосфат + 2(НАДФ + + АДФ + Ф i )
фруктозо-1,6-бисфосфат + H 2 O → фруктозо-6-фосфат + P i

В глюконеогенезе 3-PG продуцируется енолазой и фосфоглицератмутазой , действующими последовательно.

ПЭП + H 2 O ⇌ 2-ПГ ⇌ 3-ПГ

В цикле Кальвина 3-ПГ производится Рубиско.

РуБФ + CO 2 + H 2 O → 2(3-ПГ)

G3P продуцируется фосфоглицераткиназой, действующей последовательно с глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой (ГАФДГ) в глюконеогенезе и последовательно с глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой (НАДФ+) (фосфорилируя) в цикле Кальвина.

3-ПГ + АТФ ⇌ 1,3-бисфосфоглицерат + АДФ.
1,3-бисфосфоглицерат + НАД(Ф)Н + Н + ⇌ Г3Ф + П i + НАД(Ф) +

Триозофосфат-изомераза поддерживает DHAP и G3P почти в равновесии, образуя смесь, называемую триозофосфатом (TP).

G3P ⇌ DHAP

Таким образом, альдолазе доступны как DHAP, так и G3P.

Недвижимость по совместительству

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]

Рекомендации

  1. ^ Згиби С.М., Томсон Г.Дж., Камар С., Берри А. (2000). «Изучение связывания и распознавания субстратов во фруктозо1, 6-бисфосфате и тагатозо-1,6-бисфосфатальдолазах». Евро. Дж. Биохим . 267 (6): 1858–68. дои : 10.1046/j.1432-1327.2000.01191.x . ПМИД  10712619.
  2. ^ Патрон Нью-Джерси, Роджерс М.Б., Килинг П.Дж. (2004). «Замена гена фруктозо-1,6-бисфосфатальдолазы подтверждает гипотезу о единственном фотосинтетическом предке хромальвеолатов». Эукариотическая клетка . 3 (5): 1169–75. doi :10.1128/EC.3.5.1169-1175.2004. ПМК 522617 . ПМИД  15470245. 
  3. ^ Трунг Хиеу Фам, Шриша Рао, Та-Чи Ченг, Пей-Чи Ван, Ши-Чу Чен, Подрабатывающий белок фруктозо-1,6-бисфосфатальдолаза как потенциальный кандидат на вакцину против Photobacterium damselae subsp. piscicida у азиатского морского окуня (Lates Calcarifer), Developmental & Comparative Immunology, Volume 124, 2021, 104187, ISSN 0145-305X, https://doi.org/10.1016/j.dci.2021.104187.
  4. ^ Сиберс Б., Бринкманн Х., Дорр С., Тьяден Б., Лили Х., ван дер Ост Дж., Верхис CH (2001). «Архейные фруктозо-1,6-бисфосфатальдолазы составляют новое семейство альдолаз архейного типа класса I». Ж. Биол. Хим . 276 (31): 28710–8. дои : 10.1074/jbc.M103447200 . ПМИД  11387336.
  5. ^ Вальтер ЕС, Дихганс М., Маричич С.М., Ромито Р.Р., Ян Ф., Дзеннис С., Заксон С., Хоукс Р., Херруп К. (1998). «Геномные последовательности альдолазы C (Зебрин II) направляют экспрессию lacZ исключительно в ненейрональных клетках трансгенных мышей». Учеб. Натл. акад. наук. США . 95 (5): 2615–20. Бибкод : 1998PNAS...95.2615W. дои : 10.1073/pnas.95.5.2615 . ЧВК 19434 . ПМИД  9482935. 
  6. ^ Гофер А, Вайсман Н, Мандель Х, Лапидот А (1990). «Определение путей метаболизма фруктозы у нормальных детей и детей с непереносимостью фруктозы: исследование ЯМР C-13 с использованием фруктозы C-13». Учеб. Натл. акад. наук. США . 87 (14): 5449–53. дои : 10.1073/pnas.87.14.5449 . ПМК 54342 . ПМИД  2371280. 
  7. ^ Эстельманн С., Хюглер М., Эйзенрайх В., Вернер К., Берг И.А., Рамос-Вера В.Х., Сэй РФ, Кокелькорн Д., Гад'он Н., Фукс Г. (2011). «Метка и ферментативные исследования центрального углеродного метаболизма у Metallosphaera sedula». Дж. Бактериол . 193 (5): 1191–200. дои : 10.1128/JB.01155-10. ПМК 3067578 . ПМИД  21169486. 
  8. ^ Рангараджан Э.С., Парк Х., Фортин Э., Сигуш Дж., Изард Т. (2010). «Механизм контроля алолазы функции сортировки нексина 9 при эндоцитозе». Ж. Биол. Хим . 285 (16): 11983–90. дои : 10.1074/jbc.M109.092049 . ПМЦ 2852936 . ПМИД  20129922. 
  9. ^ Ан А.Х., Дзеннис С., Хоукс Р., Херруп К. (1994). «Клонирование зебрина II обнаруживает его идентичность с альдолазой С». Разработка . 120 (8): 2081–90. дои : 10.1242/dev.120.8.2081. ПМИД  7925012.
  10. ^ Меркулова М, Уртадо-Лоренцо А, Хосокава Х, Чжуан З, Браун Д, Аусиелло Д.А., Маршанский В (2011). «Альдолаза напрямую взаимодействует с ARNO и модулирует морфологию клеток и распределение кислых везикул». Am J Physiol Cell Physiol . 300 (6): C1442-55. doi : 10.1152/ajpcell.00076.2010. ПМЦ 3118619 . ПМИД  21307348. 

дальнейшее чтение

Внешние ссылки