stringtranslate.com

Система расщепления глицина

Система расщепления глицина ( GCS ) также известна как комплекс глициндекарбоксилазы или GDC . Система представляет собой ряд ферментов, которые активируются в ответ на высокие концентрации аминокислоты глицина . [1] Тот же набор ферментов иногда называют глицинсинтазой, когда он работает в обратном направлении, образуя глицин. [2] Система расщепления глицина состоит из четырех белков: T-белка, P-белка, L-белка и H-белка. Они не образуют стабильный комплекс, [3] поэтому правильнее называть ее «системой», а не «комплексом». H-белок отвечает за взаимодействие с тремя другими белками и действует как челнок для некоторых промежуточных продуктов при декарбоксилировании глицина. [2] Как у животных, так и у растений система расщепления глицина слабо прикреплена к внутренней мембране митохондрий. Мутации в этой ферментной системе связаны с глициновой энцефалопатией . [2]

Компоненты

Функция

Расщепление глицина

У растений, животных и бактерий система расщепления глицина катализирует следующую обратимую реакцию:

Глицин + H4 фолат + НАД + ↔ 5,10-метилен-H4 фолат + CO2 + NH3 + НАДН + H +

В ферментативной реакции H-белок активирует P-белок, который катализирует декарбоксилирование глицина и присоединяет промежуточную молекулу к H-белку для переноса к T-белку. [4] [5] H-белок образует комплекс с T-белком, который использует тетрагидрофолат и дает аммиак и 5,10-метилентетрагидрофолат . После взаимодействия с T-белком H-белок остается с двумя полностью восстановленными тиоловыми группами в липоатной группе. [6] Система белка глицина регенерируется, когда H-белок окисляется для восстановления дисульфидной связи в активном центре путем взаимодействия с L-белком, который восстанавливает NAD + до NADH и H + .

При соединении с серингидроксиметилтрансферазой общая реакция системы расщепления глицина становится следующей:

2 глицин + НАД + + H 2 O → серин + CO 2 + NH 3 + НАДН + H +

У людей и большинства позвоночных система расщепления глицина является частью наиболее значимого пути катаболизма глицина и серина. Это во многом обусловлено образованием 5,10-метилентетрагидрофолата , который является одним из немногих доноров C 1 в биосинтезе. [2] В этом случае метильная группа, полученная в результате катаболизма глицина, может быть передана другим ключевым молекулам, таким как пурины и метионин .

Катаболизм глицина и серина в митохондриях и из них. Внутри митохондрий системы расщепления глицина связываются с серингидроксиметилтрансферазой в обратимом процессе, что позволяет контролировать поток в клетке.

Эта реакция и, как следствие, система расщепления глицина необходимы для фотодыхания в растениях C3 . Система расщепления глицина берет глицин, который создается из нежелательного побочного продукта цикла Кальвина , и преобразует его в серин , который может повторно войти в цикл. Аммиак, образующийся в системе расщепления глицина, усваивается циклом глутаминсинтетазы - глутаминоксоглутаратаминотрансферазы, но стоит клетке одного АТФ и одного НАДФН . Положительный момент заключается в том, что один CO2 вырабатывается на каждые два O2 , которые ошибочно поглощаются клеткой, создавая некоторую ценность в цикле, который в противном случае истощал бы энергию. Вместе белки, участвующие в этих реакциях, составляют около половины белков в митохондриях листьев шпината и гороха . [3] Система расщепления глицина постоянно присутствует в листьях растений, но в небольших количествах , пока они не подвергаются воздействию света. Во время пикового фотосинтеза концентрация системы расщепления глицина увеличивается в десять раз. [7]

У анаэробных бактерий Clostridium acidiurici система расщепления глицина в основном работает в направлении синтеза глицина. Хотя синтез глицина через систему расщепления возможен из-за обратимости общей реакции, у животных он не так легко наблюдается. [8] [9]

Клиническое значение

Глициновая энцефалопатия , также известная как некетотическая гиперглицинемия (NKH), является первичным расстройством системы расщепления глицина, возникающим в результате пониженной функции системы расщепления глицина, вызывающей повышенный уровень глицина в жидкостях организма. Заболевание было впервые клинически связано с системой расщепления глицина в 1969 году. [10] Ранние исследования показали высокий уровень глицина в крови, моче и спинномозговой жидкости. Первоначальные исследования с использованием углеродной маркировки показали сниженные уровни CO2 и продукции серина в печени, что напрямую указывает на дефицит реакции расщепления глицина. [11] Дальнейшие исследования показали, что делеции и мутации в 5'-области P-белка являются основными генетическими причинами некетотической гиперглицинемии. . [12] В более редких случаях миссенс-мутация в генетическом коде Т-белка, приводящая к мутации гистидина в позиции 42 в аргинин , также приводила к некетотической гипергицинемии. Эта специфическая мутация напрямую затрагивала активный сайт Т-белка, вызывая снижение эффективности системы расщепления глицина. [13]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Кикучи Г. (июнь 1973 г.). «Система расщепления глицина: состав, механизм реакции и физиологическое значение». Mol. Cell. Biochem . 1 (2): 169–87. doi :10.1007/BF01659328. PMID  4585091. S2CID  22516474.
  2. ^ abcd Kikuchi G (2008). "Система расщепления глицина: механизм реакции, физиологическое значение и гиперглицинемия". Proc. Jpn. Acad. Ser. B Phys. Biol. Sci . 84 (7): 246–63. Bibcode :2008PJAB...84..246K. doi :10.2183/pjab.84.246. PMC 3666648 . PMID  18941301. 
  3. ^ abc Douce R, Bourguignon J, Neuburger M, Rébeillé F (апрель 2001 г.). «Система глициндекарбоксилазы: увлекательный комплекс». Trends Plant Sci . 6 (4): 167–76. doi :10.1016/S1360-1385(01)01892-1. PMID  11286922.
  4. ^ Фудзивара К, Окамура К, Мотокава Й (октябрь 1979 г.). «Белок-переносчик водорода из куриной печени. Очистка, характеристика и роль его простетической группы, липоевой кислоты, в реакции расщепления глицина». Arch. Biochem. Biophys . 197 (2): 454–462. doi :10.1016/0003-9861(79)90267-4. PMID  389161.
  5. ^ Pares S, Cohen-Addad C, Sicker L, Neuburger M, Douce R (май 1994). "Определение структуры липоатсодержащего белка с разрешением 2,6 А. Белок H комплекса глициндекрабоксилазы из листьев гороха". Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 91 (11): 4850–3. doi : 10.1073/pnas.91.11.4850 . PMC 43886 . PMID  8197146. 
  6. ^ Фудзивара К, Окамура-Икеда К, Мотокава И (сентябрь 1984 г.). «Механизм реакции расщепления глицина. Дальнейшая характеристика промежуточного продукта, присоединенного к H-белку, и реакции, катализируемой T-белком». J. Biol. Chem . 259 (17): 10664–8. doi : 10.1016/S0021-9258(18)90562-4 . PMID  6469978.
  7. ^ Оливер DJ, Нойбургер M, Бургиньон J, Дус R (октябрь 1990 г.). «Взаимодействие между компонентными ферментами глициндекарбоксилазного мутиэнзимного комплекса». Физиология растений . 94 (4): 833–839. doi :10.1104/pp.94.2.833. PMC 1077305. PMID  16667785 . 
  8. ^ Gariboldi RT, Drake HL (май 1984). «Глицинсинтаза пуринолитической бактерии Clostridium acidiurici. Очистка системы обмена глицин-CO2». J. Biol. Chem . 259 (10): 6085–6089. doi : 10.1016/S0021-9258(20)82108-5 . PMID  6427207.
  9. ^ Кикучи Г., Хирага К. (июнь 1982 г.). «Митохондриальная система расщепления глицина. Уникальные особенности декарбоксилирования глицина». Mol. Cell. Biochem . 45 (3): 137–49. doi :10.1007/bf00230082. PMID  6750353. S2CID  10115240.
  10. ^ Yoshida T, Kikuchi G, Tada K, Narisawa K, Arakawa T (май 1969). «Физиологическое значение системы расщепления глицина в печени человека, выявленное при изучении гиперглицинемии». Biochem. Biophys. Res. Commun . 35 (4): 577–83. doi :10.1016/0006-291x(69)90387-8. PMID  5788511.
  11. ^ Хаясака К, Тада К, Фуэки Н, Накамура Й (июнь 1987 г.). «Некетотическая гиперглицинемия: анализ системы расщепления глицина в типичных и атипичных случаях». J. Pediatr . 110 (6): 873–7. doi :10.1016/S0022-3476(87)80399-2. PMID  3585602.
  12. ^ Канно Дж., Хатчин Т., Камада Ф., Нарисава А., Аоки Ю., Мацубара Ю., Куре С. (март 2007 г.). «Геномная делеция в GLDC является основной причиной некетотической гиперглицинемии». Журнал медицинской генетики . 44 (3): е69. дои : 10.1136/jmg.2006.043448. ПМК 2598024 . ПМИД  17361008. 
  13. ^ Куре С., Мандель Х., Ролланд МО, Саката Й. (апрель 1998 г.). «Миссенс-мутация (His42Arg) в гене Т-белка у большой израильско-арабской семьи с некетотической гиперглицинемией». Hum. Genet . 102 (4): 430–4. doi :10.1007/s004390050716. PMID  9600239. S2CID  20224399.