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 PLP-зависимых активностей, что соответствует примерно 4% всех классифицированных активностей. [5] Универсальность PLP обусловлена ​​его способностью ковалентно связывать субстрат, а затем действовать как электрофильный катализатор, тем самым стабилизируя различные типы карбанионных промежуточных продуктов реакции.

Роль кофермента

ПЛП действует как кофермент во всех реакциях переаминирования , а также в некоторых реакциях декарбоксилирования , дезаминирования и рацемизации аминокислот . [6] Альдегидная группа ПЛП образует связь Шиффового основания (внутренний альдимин ) с ε-аминогруппой специфической лизиновой группы фермента аминотрансферазы . α-аминогруппа аминокислотного субстрата замещает ε-аминогруппу остатка лизина в активном центре в процессе, известном как трансальдиминирование. Образующийся внешний альдимин может потерять протон, диоксид углерода или боковую цепь аминокислоты и стать промежуточным хиноидом, который, в свою очередь, может действовать как нуклеофил в нескольких путях реакции.

При трансаминировании после депротонирования хиноноидный промежуточный продукт принимает протон в другом положении и становится кетимином . Образующийся 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 ПЛП реагирует с глутаматом , который передает свою альфа-аминогруппу ПЛП с образованием пиридоксаминофосфата (ПМП). Затем PMP передает свой азот сахару, образуя аминосахара .

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 .

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

Роль в организме человека

Пиридоксальфосфат выполняет множество функций в организме человека. Несколько примеров ниже:

Неклассические примеры PLP

ПЛП также обнаруживается в гликогенфосфорилазе в печени, где он используется для расщепления гликогена при гликогенолизе , когда глюкагон или адреналин сигнализируют ему об этом. Однако этот фермент не использует реакционноспособную альдегидную группу, а вместо этого использует фосфатную группу PLP для осуществления своей реакции.

Хотя подавляющее большинство PLP-зависимых ферментов образуют внутренний альдимин с PLP через остаток лизина в активном центре, некоторые PLP-зависимые ферменты не имеют этого остатка лизина, а вместо этого имеют гистидин в активном центре. В таком случае гистидин не может образовывать внутренний альдимин, и, следовательно, кофактор не становится ковалентно связанным с ферментом. GDP-4-кето-6-дезоксиманнозо-3-дегидратаза (ColD) является примером такого фермента. [11] Сериновая гидроксиметилтрансфераза 2 человека регулирует реакции переноса одного углерода, необходимые для метаболизма аминокислот и нуклеотидов, и существует в димерной и тетрамерной формах. Димерный вариант SHMT2 является мощным ингибитором ферментного комплекса деубиквитилазы BRISC, который регулирует передачу сигналов в клетках на основе иммунной системы. Недавние исследования показывают, что тетрамеризация SJMT2 индуцируется PLP. Это предотвращает взаимодействие с комплексом деубикутилазы BRISC, потенциально связывая уровень витамина B6 и его метаболизм с воспалением. [12]

Каталитический механизм

Пиридоксаль-5'-фосфат-зависимые ферменты (ферменты PLP) катализируют множество реакций. Хотя объем реакций, катализируемых PLP, кажется огромным, объединяющим принципом является образование внутреннего альдимина, производного лизина. Как только аминосубстрат взаимодействует с активным центром, образуется новое основание Шиффа, обычно называемое внешним альдимином. После этого этапа пути каждой реакции, катализируемой PLP, расходятся. [13]

Механистические примеры: рацемизация аланина и элиминация цистеина.

Специфика

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

PLP-ферменты

ПЛП удерживается в активном центре не только благодаря лизину, но и благодаря взаимодействию фосфатной группы и фосфатсвязывающего кармана и в меньшей степени благодаря стопке оснований пиридинового кольца с нависающим ароматическим остатком, обычно тирозином. (которые также могут участвовать в кислотно-основном катализе). Несмотря на ограниченные требования к карману связывания PLP, ферменты PLP принадлежат только к пяти различным семействам. Эти семейства плохо коррелируют с конкретным типом реакции. Пять семейств классифицируются как типы складок, за которыми следует римская цифра. [14]

Биосинтез

Из витамеров

Животные являются ауксотрофами по отношению к этому кофактору фермента и нуждаются в добавлении его или промежуточного продукта, отсюда его классификация как витамин B 6 , в отличие, например, от MoCo или CoQ10 . ПЛП синтезируется из пиридоксаля ферментом пиридоксалькиназой , для чего требуется одна молекула АТФ. ПЛП метаболизируется в печени.

Прототрофия

В настоящее время известны два естественных пути 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 различное количество необходимых стадий, эти два пути имеют много общего. [17]

DXP-зависимый биосинтез

Зависимый от DXP путь биосинтеза требует нескольких стадий и сближения двух ветвей: одна производит 3-гидрокси-1-аминоацетонфосфат из эритрозо-4-фосфата , а другая (один фермент) производит дезоксиксилулозо-5-фосфат (DXP) из глицеральдегида-3. -фосфат (GAP) и пируват . Продуктом конденсации 3-гидрокси-1-аминоацетонфосфата и дезоксилулозо-5-фосфата является пиридоксин-5'-фосфат. Конденсация катализируется PNP-синтазой , кодируемой pdxJ , которая создает PNP (пиридоксин-5'-фосфат). [18] Последним ферментом является 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 имеют механистическое сходство и гомологию с тремя ферментами биосинтеза серина ( serA (гомолог pdxB ), serC , serB — однако epd является гомологом разрыва ), что указывает на общее эволюционное происхождение двух путей. [19] У некоторых видов есть два гомолога гена serC E. coli , обычно один в опероне ser ( serC ), а другой в опероне pdx, и в этом случае он называется pdxF .

В библиотеке сверхэкспрессии был обнаружен «случайный путь», который мог подавлять ауксотрофию, вызванную делецией pdxB (кодирующей эритронат-4-фосфатдегидрогеназу) в E. coli . Случайный путь был очень неэффективен, но возможен из-за беспорядочной активности различных ферментов. Все началось с 3-фосфогидроксипирувата (продукта фермента, кодируемого serA в биосинтезе серина), и не требовало эритронат-4-фосфата. 3PHP был дефосфорилирован, в результате чего образовался нестабильный промежуточный продукт, который спонтанно декарбоксилируется (отсюда и присутствие фосфата в пути биосинтеза серина) до гликальдегида. Гликальдегид конденсировали с глицином, и фосфорилированным продуктом был 4-фосфогидрокситреонин (4PHT), каноническое состояние дегидрогеназы 4-PHT ( pdxA ). [20]

DXP-независимый биосинтез

DXP-независимый путь биосинтеза PLP состоит из этапа, катализируемого PLP-синтазой, ферментом, состоящим из двух субъединиц. PdxS катализирует конденсацию рибулозо-5-фосфата, глицеральдегид-3-фосфата и аммиака ; последние молекулы производятся PdxT, который катализирует производство аммиака из глутамина . PdxS представляет собой ствол (β/α)8 (также известный как TIM-цилиндр), образующий додекамер. [21]

Абиотический синтез

Широкое использование ПЛП в центральном метаболизме, особенно в биосинтезе аминокислот, и его активность в отсутствие ферментов позволяют предположить, что ПЛП может быть «пребиотическим» соединением, то есть соединением, которое предшествовало зарождению органической жизни (не путать с с пребиотическими соединениями — веществами, которые служат источником питания для полезных бактерий). [22] Фактически, нагревание NH3 и гликоляльдегида самопроизвольно образует различные пиридины, включая пиридоксаль. [22] При определенных условиях ПЛП образуется из цианоацетилена, диацетилена, монооксида углерода, водорода, воды и фосфорной кислоты. [23]

Ингибиторы

Известно несколько ингибиторов ферментов PLP.

Один тип ингибитора образует электрофил с PLP, заставляя его необратимо реагировать с лизином активного центра. Такими ингибиторами являются ацетиленовые соединения (например, пропаргилглицин) и виниловые соединения (например, винилглицин). Другой тип ингибитора инактивирует PLP, например, аналоги α-метил- и амино-оксисубстрата (например, α-метилглутамат). Другие ингибиторы имеют хорошие уходящие группы, которые нуклеофильно атакуют PLP. Таков хлораланин , который ингибирует большое количество ферментов. [14]

Примеры ингибиторов:

Эволюция

Пиридоксаль-5-фосфат (витамин B6) -зависимые ферменты имеют множественное эволюционное происхождение. В целом ферменты B6 разделились на четыре независимые эволюционные линии: семейство α (т.е. аспартатаминотрансфераза ), семейство β ( сериндегидратаза ), семейство D- аланинаминотрансферазы и семейство аланинрацемазы . Пример эволюционного сходства семейства Бета можно увидеть в механизме. Все β-ферменты являются лиазами и катализируют реакции, в которых участвуют Cα и Cβ. В целом, в PLP -зависимых ферментах PLP в каждом случае ковалентно присоединен через иминную связь к аминогруппе в активном центре. [28]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Запись CSD: PLPHYD10» . Кембриджская структурная база данных : Структуры доступа . Кембриджский центр кристаллографических данных . 1974 год . Проверено 4 ноября 2023 г.
  2. ^ Фудзивара Т (1973). «Кристаллическая и молекулярная структура производных витамина B6. I. Гидрат пиридоксальфосфата и метилполуацеталь пиридоксальфосфата». Бык. хим. Соц. Япония. 46 (3): 863–871. дои : 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 ЭИ, Львова М.С. (1978). «Стабильность водорастворимых витаминов и коферментов. Гидролиз пиридоксаль-5-фосфата в кислых, нейтральных и слабощелочных растворах». Фармацевтически-химический журнал . 11 (11): 1543–9. дои : 10.1007/BF00778244. S2CID  1094223.
  5. ^ Перкудани Р., Перакки А. (сентябрь 2003 г.). «Геномный обзор пиридоксальфосфат-зависимых ферментов». Отчеты ЭМБО . 4 (9): 850–4. doi : 10.1038/sj.embor.embor914. ПМК 1326353 . ПМИД  12949584. 
  6. ^ Дельфин Д., Поулсон Р., Аврамович О. (1986). «Витамин B6: пиридоксальфосфат» (PDF) . Коэнзимы и кофакторы . Том. 1, Часть B. Нью-Йорк: Wiley Interscience. ISBN 978-0471097853.
  7. ^ Тони, доктор медицины (январь 2005 г.). «Специфичность реакции ферментов пиридоксальфосфата». Архив биохимии и биофизики . 433 (1): 279–87. дои : 10.1016/j.abb.2004.09.037. ПМИД  15581583.
  8. ^ аб Сэмюэл Г., Ривз П. (ноябрь 2003 г.). «Биосинтез О-антигенов: гены и пути, участвующие в синтезе предшественников нуклеотидных сахаров и сборке О-антигенов». Исследование углеводов . 338 (23): 2503–19. doi :10.1016/j.carres.2003.07.009. ПМИД  14670712.
  9. ^ Лутц М.Б., Романи Н., Штайнкассерер А., ред. (06 февраля 2006 г.). Справочник дендритных клеток: биология, болезни и методы лечения (1-е изд.). Уайли. дои : 10.1002/9783527619696. ISBN 978-3-527-31109-5. S2CID  183733461.
  10. ^ Ракер Р.Б., изд. (2001). Справочник витаминов . Клиническое питание в здоровье и болезни (3-е изд., перераб. и расширенное изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Деккер. ISBN 978-0-8247-0428-5.
  11. ^ Кук П.Д., Тоден Дж.Б., Холден Х.М. (сентябрь 2006 г.). «Структура GDP-4-кето-6-дезокси-D-маннозо-3-дегидратазы: уникального кофермента B6-зависимого фермента». Белковая наука . 15 (9): 2093–106. дои : 10.1110/ps.062328306. ПМК 2242600 . ПМИД  16943443. 
  12. ^ Эйерс, Пенсильвания, Мерфи Дж. М. (ноябрь 2016 г.). «Эволюционирующий мир псевдоферментов: белки, предрассудки и зомби». БМК Биология . 14 (1): 98. дои : 10.1186/s12915-016-0322-x . ПМК 5106787 . ПМИД  27835992. 
  13. ^ Элиот AC, Кирш Дж. Ф. (2004). «Пиридоксальфосфатные ферменты: механистические, структурные и эволюционные соображения». Ежегодный обзор биохимии . 73 : 383–415. doi : 10.1146/annurev.biochem.73.011303.074021. ПМИД  15189147.
  14. ^ abc Элиот AC, Кирш Дж. Ф. (2004). «Ферменты пиридоксальфосфата: механистические, структурные и эволюционные соображения». Ежегодный обзор биохимии . 73 : 383–415. doi : 10.1146/annurev.biochem.73.011303.074021. PMID  15189147. S2CID  36010634.
  15. ^ Гаятри СК, Манодж Н. (декабрь 2020 г.). «Кристаллографические снимки дунатана и хиноноидных промежуточных продуктов 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.
  16. ^ Грисволд В.Р., Тони, доктор медицины (сентябрь 2011 г.). «Роль пиридинового азота в катализе пиридоксаль-5'-фосфата: активность трех классов ферментов PLP, восстановленных деазапиридоксаль-5'-фосфатом». Журнал Американского химического общества . 133 (37): 14823–30. дои : 10.1021/ja2061006. PMID  21827189. S2CID  10780336.
  17. ^ Фитцпатрик Т.Б., Амрайн Н., Каппес Б., Машеру П., Тьюс И., Рашле Т. (октябрь 2007 г.). «Два независимых пути биосинтеза витамина B6 de novo: в конце концов, они не так уж и отличаются». Биохимический журнал . 407 (1): 1–13. дои : 10.1042/BJ20070765. ПМК 2267407 . PMID  17822383. S2CID  28231094. 
  18. ^ Сакаи А., Кита М., Тани Ю. (апрель 2004 г.). «Недавний прогресс биосинтеза витамина B6». Журнал диетологии и витаминологии . 50 (2): 69–77. дои : 10.3177/jnsv.50.69 . ПМИД  15242009.
  19. ^ Лам Х.М., Винклер М.Е. (ноябрь 1990 г.). «Метаболические взаимоотношения между пиридоксином (витамином B6) и биосинтезом серина в Escherichia coli K-12». Журнал бактериологии . 172 (11): 6518–28. дои : 10.1128/jb.172.11.6518-6528.1990. ПМК 526841 . ПМИД  2121717. 
  20. ^ Ким Дж., Кершнер Дж.П., Новиков Ю., Шумейкер Р.К., Копли С.Д. (ноябрь 2010 г.). «Три случайных пути в E. coli могут обойти блокировку синтеза пиридоксаль-5'-фосфата». Молекулярная системная биология . 6 : 436. дои : 10.1038/msb.2010.88. ПМК 3010111 . ПМИД  21119630. 
  21. ^ Чжу Дж., Бургнер Дж.В., Хармс Э., Белицкий Б.Р., Смит Дж.Л. (июль 2005 г.). «Новое расположение (бета / альфа) 8 стволов в синтазной субъединице PLP-синтазы». Журнал биологической химии . 280 (30): 27914–23. дои : 10.1074/jbc.M503642200 . ПМИД  15911615.
  22. ^ ab Остин С.М., Уодделл Т.Г. (май 1999 г.). «Пребиотический синтез соединений типа витамина В6». Происхождение жизни и эволюция биосферы . 29 (3): 287–96. Бибкод : 1999OLEB...29..287A. дои : 10.1023/А: 1006532518221. PMID  10389266. S2CID  22284565.
  23. ^ Эйлуорд Н., Бофингер Н. (сентябрь 2006 г.). «Вероятный пребиотический синтез пиридоксальфосфата: витамин B6 - компьютерное исследование». Биофизическая химия . 123 (2–3): 113–21. дои : 10.1016/j.bpc.2006.04.014. ПМИД  16730878.
  24. ^ Хорват А (1957). «Ингибирование тироксином ферментов, требующих пиридоксаль-5-фосфата». Природа . 179 (4567): 968. Бибкод : 1957Natur.179..968H. дои : 10.1038/179968a0 . PMID  13430754. S2CID  4262396.
  25. ^ Хох, Флорида (1962). «Биохимическое действие гормонов щитовидной железы». Физиологические обзоры . 42 (4): 605–673. doi :10.1152/physrev.1962.42.4.605. ПМИД  13954890.
  26. ^ Вролийк М.Ф., Опперхейзен А., Янсен Э.Х., Хагеман Г.Дж., Баст А., Хаенен Г.Р. (2017). «Парадокс витамина B6: прием высоких концентраций пиридоксина приводит к снижению функции витамина B6». Токсикология in vitro . 44 : 206–212. дои : 10.1016/j.tiv.2017.07.009. ПМИД  28716455.
  27. ^ Энтони К.Г., Стрих У., Юнг К.Р., Шоен К.С., Перес О., Краузе К.Л. и др. (2011). Ахмед Н. (ред.). «Новые классы ингибиторов аланинрацемазы, идентифицированные с помощью высокопроизводительного скрининга, демонстрируют антимикробную активность против микобактерий туберкулеза». ПЛОС ОДИН . 6 (5): e20374. Бибкод : 2011PLoSO...620374A. дои : 10.1371/journal.pone.0020374 . ПМК 3102704 . ПМИД  21637807. 
  28. ^ Кристен П., Мехта ПК (2001). «От кофактора к ферментам. Молекулярная эволюция пиридоксаль-5'-фосфат-зависимых ферментов». Химическая запись . 1 (6): 436–47. дои : 10.1002/tcr.10005. ПМИД  11933250.

Внешние ссылки