stringtranslate.com

Фруктозо-бисфосфатальдолаза

Фруктозо-бисфосфат-альдолаза ( EC 4.1.2.13), часто просто альдолаза , является ферментом, катализирующим обратимую реакцию , которая расщепляет альдоль , фруктозо-1,6-бисфосфат , на триозофосфаты дигидроксиацетонфосфат (DHAP) и глицеральдегид-3-фосфат (G3P). Альдолаза также может производить 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. Альдолаза делится на два класса по механизму.

Слово альдолаза также относится, в более общем смысле, к ферменту, который выполняет альдольную реакцию (создание альдоля ) или ее обратную (расщепление альдоля), например, альдолаза сиаловой кислоты , которая образует сиаловую кислоту . См. список альдолаз .

Механизм и структура

Белки класса I образуют протонированное промежуточное основание Шиффа , связывающее высококонсервативный лизин активного центра с карбонильным углеродом DHAP . Кроме того, остатки тирозина имеют решающее значение для этого механизма, выступая в качестве стабилизирующих акцепторов водорода. Белки класса II используют другой механизм, который поляризует карбонильную группу с помощью двухвалентного катиона , такого как Zn 2+ . Белок оперона галактитола Escherichia coli , gatY, и белок оперона N-ацетилгалактозамина , agaY, которые являются тагатозо-бисфосфатальдолазой , являются гомологами фруктозо-бисфосфатальдолазы класса II. Было показано, что два остатка гистидина в первой половине последовательности этих гомологов участвуют в связывании цинка. [1]

Белковые субъединицы обоих классов имеют домен α/β, свернутый в бочку TIM, содержащую активный сайт. Несколько субъединиц собираются в полный белок . Два класса имеют небольшую идентичность последовательностей .

За немногими исключениями, только белки класса I были обнаружены у животных , растений и зеленых водорослей . [2] За немногими исключениями, только белки класса II были обнаружены у грибов . Оба класса были широко обнаружены у других эукариот и у бактерий . [3] Оба класса часто присутствуют вместе в одном организме. Растения и водоросли имеют пластидную альдолазу, иногда реликт эндосимбиоза , в дополнение к обычной цитозольной альдолазе. Бифункциональная фруктозо-бисфосфатальдолаза/фосфатаза с механизмом класса I была широко обнаружена у архей и некоторых бактерий. [4] Активный центр этой архейной альдолазы также находится в стволе TIM.

В глюконеогенезе и гликолизе

Глюконеогенез и гликолиз разделяют серию из шести обратимых реакций. В глюконеогенезе глицеральдегид-3-фосфат восстанавливается до фруктозо-1,6-бисфосфата с помощью альдолазы. В гликолизе фруктозо-1,6-бисфосфат превращается в глицеральдегид-3-фосфат и дигидроксиацетонфосфат с помощью альдолазы. Альдолаза, используемая в глюконеогенезе и гликолизе, является цитоплазматическим белком.

У позвоночных обнаружено три формы белка класса I. Альдолаза A преимущественно экспрессируется в мышцах и мозге; альдолаза B в печени, почках и энтероцитах ; и альдолаза C в мозге. Альдолазы A и C в основном участвуют в гликолизе , тогда как альдолаза B 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 ; он является частью фотосинтеза, который преобразует углекислый газ и другие соединения 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 с альдолазой, катализирующей последнюю реакцию. Пятая реакция, катализируемая в обоих путях фруктозо-1,6-бисфосфатазой , гидролизует фруктозо-1,6-бисфосфат до фруктозо-6-фосфата и неорганического фосфата. Значительное снижение свободной энергии делает эту реакцию необратимой. В цикле Кальвина альдолаза также катализирует образование седогептулозо-1,7-бисфосфата из DHAP и эритрозо-4-фосфата . Главными продуктами цикла Кальвина являются триозофосфат (TP), представляющий собой смесь DHAP и G3P, и фруктозо-6-фосфат. Оба они также необходимы для регенерации RuBP . Альдолаза, используемая растениями и водорослями в цикле Кальвина, обычно представляет собой пластидно-ориентированный белок, 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 пути глюконеогенеза/гликолиза.

2( PEP + NADH + H + + ATP + H 2 O) ⇌ фруктозо-1,6-бисфосфат + 2(NAD + + ADP + Pi )

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

2( 3-PG + NADPH + H + + АТФ + H 2 O) ⇌ фруктозо-1,6-бисфосфат + 2(NADP + + АДФ + Pi )
фруктозо-1,6-бисфосфат + H2O → фруктозо-6-фосфат + Pi

В глюконеогенезе 3-ПГ образуется под действием енолазы и фосфоглицератмутазы, действующих последовательно.

ПЭП + Н2О ⇌ 2-ПГ ⇌ 3-ПГ

В цикле Кальвина 3-PG производится RuBisCO

РуБФ + CO 2 + H 2 O → 2(3-ПГ)

G3P вырабатывается фосфоглицераткиназой, действующей последовательно с глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой (GAPDH) в глюконеогенезе и последовательно с глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой (NADP+) (фосфорилирование) в цикле Кальвина.

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

Триозофосфатизомераза поддерживает DHAP и G3P в состоянии, близком к равновесию, образуя смесь, называемую триозофосфатом (TP).

Г3П ⇌ ДХАП

Таким образом, как DHAP, так и G3P доступны для альдолазы.

Подрабатывать под луной

Альдолаза также была вовлечена во многие «подрабатывающие» или некаталитические функции, основанные на ее связывающей аффинности ко многим другим белкам, включая F-актин , α-тубулин , легкую цепь динеина , WASP , анионообменник Band 3 , фосфолипазу D ( PLD2 ), транспортер глюкозы GLUT4 , инозитолтрифосфат , V-АТФазу и ARNO ( фактор обмена гуаниновых нуклеотидов ARF6 ). Считается, что эти ассоциации в основном вовлечены в клеточную структуру, однако, были исследованы участие в эндоцитозе, инвазии паразитов, перестройке цитоскелета, подвижности клеток, транспортировке и рециркуляции мембранных белков, передаче сигнала и тканевой компартментализации. [8] [9] [10]

Ссылки

  1. ^ Zgiby SM, Thomson GJ, Qamar S, Berry A (2000). «Изучение связывания субстрата и дискриминации в фруктозо-1,6-бисфосфатных и тагатозо-1,6-бисфосфатных альдолазах». Eur. J. Biochem . 267 (6): 1858–68. doi : 10.1046/j.1432-1327.2000.01191.x . PMID  10712619.
  2. ^ Patron NJ, Rogers MB, Keeling PJ (2004). «Замена гена фруктозо-1,6-бисфосфат альдолазы подтверждает гипотезу о едином фотосинтетическом предке хромальвеолатов». Eukaryotic Cell . 3 (5): 1169–75. doi :10.1128/EC.3.5.1169-1175.2004. PMC 522617 . PMID  15470245. 
  3. ^ Trung Hieu Pham, Shreesha Rao, Ta-Chih Cheng, Pei-Chi Wang, Shih-Chu Chen, «Лунный» белок фруктозо-1,6-бисфосфатальдолаза как потенциальный кандидат на вакцину против Photobacterium damselae подвида piscicida у азиатского морского окуня (Lates calcarifer), Developmental & Comparative Immunology, том 124, 2021, 104187, ISSN 0145-305X, https://doi.org/10.1016/j.dci.2021.104187.
  4. ^ Siebers B, Brinkmann H, Dörr C, Tjaden B, Lilie H, van der Oost J, Verhees CH (2001). «Архейные фруктозо-1,6-бисфосфатные альдолазы представляют собой новое семейство архейных альдолаз класса I». J. Biol. Chem . 276 (31): 28710–8. doi : 10.1074/jbc.M103447200 . PMID  11387336.
  5. ^ Walther EU, Dichgans M, Maricich SM, Romito RR, Yang F, Dziennis S, Zackson S, Hawkes R, Herrup K (1998). "Геномные последовательности альдолазы C (Zebrin II) направляют экспрессию lacZ исключительно в ненейрональных клетках трансгенных мышей". Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 95 (5): 2615–20. Bibcode :1998PNAS...95.2615W. doi : 10.1073/pnas.95.5.2615 . PMC 19434 . PMID  9482935. 
  6. ^ Gopher A, Vaisman N, Mandel H, Lapidot A (1990). «Определение метаболических путей фруктозы у нормальных и непереносимых фруктозой детей: исследование ЯМР C-13 с использованием фруктозы C-13». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 87 (14): 5449–53. doi : 10.1073/pnas.87.14.5449 . PMC 54342 . PMID  2371280. 
  7. ^ Эстельманн С., Хюглер М., Эйзенрайх В., Вернер К., Берг И.А., Рамос-Вера В.Х., Сэй Р.Ф., Кокелькорн Д., Гад'он Н., Фукс Г. (2011). «Маркировка и ферментативные исследования центрального углеродного метаболизма у Metallosphaera sedula». J. Bacteriol . 193 (5): 1191–200. doi :10.1128/JB.01155-10. PMC 3067578. PMID  21169486 . 
  8. ^ Rangarajan ES, Park H, Fortin E, Sygusch J, Izard T (2010). «Механизм контроля алолазой функции сортирующего нексина 9 при эндоцитозе». J. Biol. Chem . 285 (16): 11983–90. doi : 10.1074/jbc.M109.092049 . PMC 2852936. PMID  20129922 . 
  9. ^ Ahn AH, Dziennis S, Hawkes R, Herrup K (1994). «Клонирование зебрина II раскрывает его идентичность с альдолазой C». Development . 120 (8): 2081–90. doi :10.1242/dev.120.8.2081. PMID  7925012.
  10. ^ Merkulova M, Hurtado-Lorenzo A, Hosokawa H, Zhuang Z, Brown D, Ausiello DA, Marshansky V (2011). «Альдолаза напрямую взаимодействует с ARNO и модулирует морфологию клеток и распределение кислотных везикул». Am J Physiol Cell Physiol . 300 (6): C1442-55. doi :10.1152/ajpcell.00076.2010. PMC 3118619 . PMID  21307348. 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки