stringtranslate.com

Пиридоксальфосфат

Пиридоксальфосфат ( PLP , пиридоксаль -5'- фосфат , P5P ), активная форма витамина B6 , является коферментом в различных ферментативных реакциях. Международный союз биохимии и молекулярной биологии каталогизировал более 140 зависимых от PLP видов деятельности, что соответствует ~4% всех классифицированных видов деятельности. [5] Универсальность PLP возникает из-за его способности ковалентно связывать субстрат, а затем действовать как электрофильный катализатор, тем самым стабилизируя различные типы промежуточных продуктов карбанионных реакций.

Роль кофермента

PLP действует как кофермент во всех реакциях трансаминирования и в некоторых реакциях декарбоксилирования , дезаминирования и рацемизации аминокислот . [6] Альдегидная группа PLP образует связь Шиффова основания (внутренний альдимин ) с ε-аминогруппой определенной лизиновой группы фермента аминотрансферазы . α-аминогруппа субстрата аминокислоты замещает ε-аминогруппу остатка лизина активного центра в процессе, известном как трансальдиминирование. Полученный внешний альдимин может потерять протон, диоксид углерода или боковую цепь аминокислоты, чтобы стать хиноидным промежуточным соединением, которое, в свою очередь, может действовать как нуклеофил в нескольких путях реакции.

При трансаминировании после депротонирования хиноидный промежуточный продукт принимает протон в другом положении, становясь кетимином . Полученный кетимин гидролизуется, так что аминогруппа остается в комплексе. [7] Кроме того, PLP используется аминотрансферазами (или трансаминазами), которые действуют на необычные сахара, такие как перозамин и дезозамин . [8] В этих реакциях PLP реагирует с глутаматом , который передает свою альфа-аминогруппу PLP, образуя пиридоксаминфосфат (PMP). Затем PMP передает свой азот сахару, образуя аминосахар .

PLP также участвует в различных реакциях бета-элиминирования, таких как реакции, осуществляемые сериндегидратазой и GDP-4-кето-6-дезоксиманнозо-3-дегидратазой (ColD) . [8]

Он также активен в реакции конденсации при синтезе гема .

PLP играет роль в превращении леводопы в дофамин , облегчает превращение возбуждающего нейромедиатора глутамата в ингибирующий нейромедиатор ГАМК и позволяет SAM декарбоксилироваться с образованием пропиламина , который является предшественником полиаминов.

Роль в организме человека

Пиридоксальфосфат имеет многочисленные функции в организме человека. Несколько примеров ниже:

Неклассические примеры ПЛП

PLP также обнаружен на гликогенфосфорилазе в печени, где он используется для расщепления гликогена в гликогенолизе, когда глюкагон или адреналин подают ему сигнал сделать это. Однако этот фермент не использует реактивную альдегидную группу, а вместо этого использует фосфатную группу на PLP для выполнения своей реакции.

Хотя подавляющее большинство PLP-зависимых ферментов образуют внутренний альдимин с PLP через остаток лизина активного центра, некоторые PLP-зависимые ферменты не имеют этого остатка лизина, но вместо этого имеют гистидин в активном центре. В таком случае гистидин не может образовать внутренний альдимин, и, следовательно, кофактор не становится ковалентно связанным с ферментом. GDP-4-кето-6-дезоксиманнозо-3-дегидратаза (ColD) является примером такого фермента. [11] Человеческая серингидроксиметилтрансфераза 2 регулирует реакции переноса одного углерода, необходимые для метаболизма аминокислот и нуклеотидов, и существует в димерной и тетрамерной формах. Димерный вариант SHMT2 является мощным ингибитором комплекса ферментов деубиквитилазы BRISC, который регулирует иммунную клеточную сигнализацию. Недавние исследования показывают, что тетрамеризация SJMT2 индуцируется PLP. Это предотвращает взаимодействие с комплексом деубиквитилазы BRISC, потенциально связывая уровни витамина B6 и метаболизм с воспалением. [12]

Каталитический механизм

Пиридоксаль-5′-фосфатзависимые ферменты (ферменты PLP) катализируют множество реакций. Хотя сфера реакций, катализируемых PLP, кажется огромной, объединяющим принципом является образование внутреннего лизинопроизводного альдимина. После того, как аминосубстрат взаимодействует с активным сайтом, образуется новое основание Шиффа, обычно называемое внешним альдимином. После этого шага пути для каждой реакции, катализируемой PLP, расходятся. [13]

Механистические примеры: рацемизация аланина и элиминация цистеина.

Специфичность

Специфичность обеспечивается тем фактом, что из четырех связей альфа-углерода альдиминового состояния аминокислоты связь, перпендикулярная пиридиновому кольцу, будет разорвана ( стереоэлектронная гипотеза Дунатана ). [14] [15] Следовательно, специфичность диктуется тем, как ферменты связывают свои субстраты. Дополнительную роль в специфичности играет легкость протонирования азота пиридинового кольца. [16]

PLP-ферменты

PLP удерживается в активном центре не только благодаря лизину, но также благодаря взаимодействию фосфатной группы и фосфатсвязывающего кармана и в меньшей степени благодаря основанию укладки пиридинового кольца с нависающим ароматическим остатком, как правило, тирозином (который также может участвовать в кислотно-щелочном катализе). Несмотря на ограниченные требования к PLP-связывающему карману, ферменты PLP принадлежат только к пяти различным семействам. Эти семейства не очень хорошо коррелируют с определенным типом реакции. Пять семейств классифицируются как типы складок, за которыми следует римская цифра. [14]

Биосинтез

Из витамеров

Животные являются ауксотрофами для этого фермента-кофактора и нуждаются в его добавлении или промежуточном веществе, поэтому его классифицируют как витамин B6 , в отличие , например, от MoCo или CoQ10 . PLP синтезируется из пиридоксаля ферментом пиридоксалькиназой , требующей одну молекулу АТФ. PLP метаболизируется в печени.

Прототрофия

В настоящее время известны два естественных пути для PLP: один требует дезоксиксилулозо-5-фосфата (DXP), а другой нет, поэтому они известны как DXP-зависимые и DXP-независимые. Эти пути были тщательно изучены на Escherichia coli и Bacillus subtilis , соответственно. Несмотря на различия в исходных соединениях и разное количество требуемых шагов, эти два пути обладают многими общими чертами. [17]

DXP-зависимый биосинтез

DXP-зависимый биосинтетический путь требует нескольких этапов и схождения двух ветвей, одна из которых производит 3-гидрокси-1-аминоацетонфосфат из эритрозо-4-фосфата , а другая (отдельный фермент) производит дезоксиксилулозо-5-фосфат (DXP) из глицеральдегид-3-фосфата (GAP) и пирувата . Продуктом конденсации 3-гидрокси-1-аминоацетонфосфата и дезоксиксилулозо-5-фосфата является пиридоксин-5'-фосфат. Конденсация катализируется PNP-синтазой , кодируемой pdxJ , которая создает PNP (пиридоксин-5'-фосфат). [18] Конечный фермент - PNP-оксидаза ( pdxH ), которая катализирует окисление 4'-гидроксильной группы до альдегида с использованием диоксигена, что приводит к образованию перекиси водорода.

Первая ветвь катализируется в E. coli ферментами, кодируемыми epd , pdxB , serC и pdxA . Они разделяют механистическое сходство и гомологию с тремя ферментами в биосинтезе серина ( serA (гомолог pdxB ), serC , serB — однако epd является гомологом gap ), что указывает на общее эволюционное происхождение двух путей. [19] У нескольких видов есть два гомолога гена serC E. coli , как правило, один в опероне ser ( serC ), а другой в опероне pdx , в этом случае он называется pdxF .

В библиотеке сверхэкспрессии был обнаружен «случайный путь», который мог подавлять ауксотрофию, вызванную делецией pdxB (кодирующего эритронат-4-фосфатдегидрогеназу) в E. coli . Случайный путь был очень неэффективным, но был возможен из-за беспорядочной активности различных ферментов. Он начинался с 3-фосфогидроксипирувата (продукта фермента, кодируемого serA, в биосинтезе серина) и не требовал эритронат-4-фосфата. 3PHP был дефосфорилирован, что привело к нестабильному промежуточному продукту, который декарбоксилируется спонтанно (отсюда присутствие фосфата в пути биосинтеза серина) до глицинальдегида. Гликальдегид был конденсирован с глицином, и фосфорилированным продуктом был 4-фосфогидрокситреонин (4PHT), канонический субстрат для 4-PHT-дегидрогеназы ( pdxA ). [20]

DXP-независимый биосинтез

Независимый от DXP путь биосинтеза PLP состоит из шага, катализируемого PLP-синтазой, ферментом, состоящим из двух субъединиц. PdxS катализирует конденсацию рибулозо-5-фосфата, глицеральдегид-3-фосфата и аммиака , причем последняя молекула вырабатывается PdxT, который катализирует выработку аммиака из глутамина . PdxS представляет собой (β/α)8-бочку (также известную как TIM-бочка), которая образует додекамер. [21]

Абиотический синтез

Широкое использование PLP в центральном метаболизме, особенно в биосинтезе аминокислот, и его активность в отсутствие ферментов, предполагает, что PLP может быть «пребиотическим» соединением, то есть таким, которое предшествует возникновению органической жизни (не путать с пребиотическими соединениями , веществами, которые служат источником пищи для полезных бактерий). [22] Фактически, нагревание NH3 и гликольальдегида спонтанно образует различные пиридины, включая пиридоксаль. [22] При определенных условиях PLP образуется из цианоацетилена, диацетилена, оксида углерода, водорода, воды и фосфорной кислоты. [23]

Ингибиторы

Известно несколько ингибиторов ферментов ПЛП.

Один тип ингибитора образует электрофил с PLP, заставляя его необратимо реагировать с активным центром лизина. Ацетиленовые соединения (например, пропаргилглицин) и виниловые соединения (например, винилглицин) являются такими ингибиторами. Другой тип ингибитора инактивирует PLP, и такими являются α-метил и амино-окси субстратные аналоги (например, α-метилглутамат). Другие ингибиторы имеют хорошие уходящие группы, которые нуклеофильно атакуют PLP. Таким является хлораланин , который ингибирует большое количество ферментов. [14]

Примеры ингибиторов:

Эволюция

Ферменты, зависимые от пиридоксаль-5-фосфата (витамина B6), имеют множественное эволюционное происхождение. Ферменты B6 в целом разделились на четыре независимые эволюционные линии: семейство α (т. е . аспартатаминотрансфераза ), семейство β ( сериндегидратаза ), семейство D- аланинаминотрансфераз и семейство аланинрацемаз . Пример эволюционного сходства в семействе Beta виден в механизме. Все ферменты β являются лиазами и катализируют реакции, в которых участвуют Cα и Cβ. В целом, в ферментах, зависимых от PLP , PLP в каждом случае ковалентно присоединен через иминную связь к аминогруппе в активном центре. [28]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "CSD Entry: PLPHYD10". Cambridge Structural Database : Access Structures . Cambridge Crystallographic Data Centre . 1974. Архивировано из оригинала 2023-11-04 . Получено 2023-11-04 .
  2. ^ Фудзивара Т. (1973). «Кристаллическая и молекулярная структура производных витамина B6. I. Пиридоксальфосфат гидрат и пиридоксальфосфат метилгемиацеталь». Bull. Chem. Soc. Jpn. 46 (3): 863–871. doi : 10.1246/bcsj.46.863 .
  3. ^ abc Рассчитано с использованием программного обеспечения Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) V11.02 (© 1994-2011 ACD/Labs)
  4. ^ Козлов Э.И., Львова М.С. (1978). «Устойчивость водорастворимых витаминов и коферментов. Гидролиз пиридоксаль-5-фосфата в кислых, нейтральных и слабощелочных растворах». Pharmaceutical Chemistry Journal . 11 (11): 1543–9. doi :10.1007/BF00778244. S2CID  1094223.
  5. ^ Percudani R, Peracchi A (сентябрь 2003 г.). «Геномный обзор ферментов, зависимых от пиридоксальфосфата». EMBO Reports . 4 (9): 850–4. doi :10.1038/sj.embor.embor914. PMC 1326353. PMID  12949584 . 
  6. ^ Dolphin D, Poulson R, Avramovic O (1986). "Витамин B6: Пиридоксальфосфат" (PDF) . Коферменты и кофакторы . Том 1, часть B. Нью-Йорк: Wiley Interscience. ISBN 978-0471097853. Архивировано (PDF) из оригинала 2016-03-04 . Получено 2015-01-04 .
  7. ^ Toney MD (январь 2005 г.). «Специфичность реакции в ферментах пиридоксальфосфата». Архивы биохимии и биофизики . 433 (1): 279–87. doi :10.1016/j.abb.2004.09.037. PMID  15581583.
  8. ^ ab Сэмюэл Г., Ривз П. (ноябрь 2003 г.). «Биосинтез О-антигенов: гены и пути, участвующие в синтезе предшественников нуклеотидных сахаров и сборке О-антигена». Carbohydrate Research . 338 (23): 2503–19. doi :10.1016/j.carres.2003.07.009. PMID  14670712.
  9. ^ Lutz MB, Romani N, Steinkasserer A, ред. (2006-02-06). Справочник по дендритным клеткам: биология, болезни и терапия (1-е изд.). Wiley. doi :10.1002/9783527619696. ISBN 978-3-527-31109-5. S2CID  183733461. Архивировано из оригинала 2023-11-21 . Получено 2023-11-21 .
  10. ^ Rucker RB, ред. (2001). Справочник витаминов . Клиническое питание в здоровье и болезни (3-е изд., перераб. и расширен. изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Dekker. ISBN 978-0-8247-0428-5.
  11. ^ Cook PD, Thoden JB, Holden HM (сентябрь 2006 г.). «Структура GDP-4-кето-6-дезокси-D-маннозо-3-дегидратазы: уникального фермента, зависящего от кофермента B6». Protein Science . 15 (9): 2093–106. doi :10.1110/ps.062328306. PMC 2242600 . PMID  16943443. 
  12. ^ Eyers PA, Murphy JM (ноябрь 2016 г.). «Развивающийся мир псевдоферментов: белки, предубеждения и зомби». BMC Biology . 14 (1): 98. doi : 10.1186 /s12915-016-0322-x . PMC 5106787. PMID  27835992. 
  13. ^ Элиот AC, Кирш JF (2004). «Пиридоксальфосфатные ферменты: механистические, структурные и эволюционные соображения». Annual Review of Biochemistry . 73 : 383–415. doi :10.1146/annurev.biochem.73.011303.074021. PMID  15189147.
  14. ^ abc Eliot AC, Kirsch JF (2004). «Пиридоксальфосфатные ферменты: механистические, структурные и эволюционные соображения». Annual Review of Biochemistry . 73 : 383–415. doi : 10.1146/annurev.biochem.73.011303.074021. PMID  15189147. S2CID  36010634.
  15. ^ Gayathri SC, Manoj N (декабрь 2020 г.). «Кристаллографические снимки промежуточных соединений дунатана и хиноноидных соединений дают представление о механизме реакции декарбоксилаз группы II». Журнал молекулярной биологии . 432 (24): 166692. doi : 10.1016/j.jmb.2020.10.026. PMID  33122004. S2CID  226205717. Архивировано из оригинала 15.07.2022 . Получено 25.10.2022 .
  16. ^ Griswold WR, Toney MD (сентябрь 2011 г.). «Роль азота пиридина в катализе пиридоксаль-5'-фосфата: активность трех классов ферментов PLP, восстановленных с помощью деазапиридоксаль-5'-фосфата». Журнал Американского химического общества . 133 (37): 14823–30. doi :10.1021/ja2061006. PMID  21827189. S2CID  10780336.
  17. ^ Fitzpatrick TB, Amrhein N, Kappes B, Macheroux P, Tews I, Raschle T (октябрь 2007 г.). «Два независимых пути биосинтеза витамина B6 de novo: не такие уж и разные». The Biochemical Journal . 407 (1): 1–13. doi :10.1042/BJ20070765. PMC 2267407. PMID 17822383.  S2CID 28231094  . 
  18. ^ Sakai A, Kita M, Tani Y (апрель 2004 г.). «Последние достижения в области биосинтеза витамина B6». Журнал диетологии и витаминологии . 50 (2): 69–77. doi : 10.3177/jnsv.50.69 . PMID  15242009.
  19. ^ Lam HM, Winkler ME (ноябрь 1990 г.). «Метаболические связи между пиридоксином (витамином B6) и биосинтезом серина в Escherichia coli K-12». Журнал бактериологии . 172 (11): 6518–28. doi : 10.1128 /jb.172.11.6518-6528.1990. PMC 526841. PMID  2121717. 
  20. ^ Kim J, Kershner JP, Novikov Y, Shoemaker RK, Copley SD (ноябрь 2010 г.). «Три удачных пути в E. coli могут обойти блок синтеза пиридоксаль-5'-фосфата». Molecular Systems Biology . 6 : 436. doi : 10.1038 /msb.2010.88. PMC 3010111. PMID  21119630. 
  21. ^ Zhu J, Burgner JW, Harms E, Belitsky BR, Smith JL (июль 2005 г.). «Новое расположение (бета/альфа)8-створок в субъединице синтазы PLP-синтазы». Журнал биологической химии . 280 (30): 27914–23. doi : 10.1074/jbc.M503642200 . PMID  15911615.
  22. ^ ab Austin SM, Waddell TG (май 1999). «Пребиотический синтез соединений типа витамина B6». Origins of Life and Evolution of the Biosphere . 29 (3): 287–96. Bibcode :1999OLEB...29..287A. doi :10.1023/A:1006532518221. PMID  10389266. S2CID  22284565.
  23. ^ Aylward N, Bofinger N (сентябрь 2006 г.). «Вероятный пребиотический синтез пиридоксальфосфата: витамин B6 — вычислительное исследование». Biophysical Chemistry . 123 (2–3): 113–21. doi :10.1016/j.bpc.2006.04.014. PMID  16730878.
  24. ^ Хорват А. (1957). «Ингибирование тироксином ферментов, требующих пиридоксаль-5-фосфата». Nature . 179 (4567): 968. Bibcode :1957Natur.179..968H. doi : 10.1038/179968a0 . PMID  13430754. S2CID  4262396.
  25. ^ Hoch FL (1962). «Биохимическое действие гормонов щитовидной железы». Physiological Reviews . 42 (4): 605–673. doi :10.1152/physrev.1962.42.4.605. PMID  13954890.
  26. ^ Vrolijk MF, Opperhuizen A, Jansen EH, Hageman GJ, Bast A, Haenen GR (2017). «Парадокс витамина B6: добавление высоких концентраций пиридоксина приводит к снижению функции витамина B6». Toxicology in Vitro . 44 : 206–212. Bibcode : 2017ToxVi..44..206V. doi : 10.1016/j.tiv.2017.07.009. PMID  28716455.
  27. ^ Энтони КГ, Стрых У, Йенг КР, Шоен ЧС, Перес О, Краузе КЛ и др. (2011). Ахмед Н (ред.). «Новые классы ингибиторов аланинрацемазы, выявленные с помощью высокопроизводительного скрининга, демонстрируют антимикробную активность против Mycobacterium tuberculosis». PLOS ONE . ​​6 (5): e20374. Bibcode :2011PLoSO...620374A. doi : 10.1371/journal.pone.0020374 . PMC 3102704 . PMID  21637807. 
  28. ^ Christen P, Mehta PK (2001). «От кофактора к ферментам. Молекулярная эволюция ферментов, зависимых от пиридоксаль-5'-фосфата». Chemical Record . 1 (6): 436–47. doi :10.1002/tcr.10005. PMID  11933250.

Внешние ссылки