С-5 стерол десатураза

C-5 стерол-десатураза (также известная как стерол-C-5-десатураза и C5SD ) - это фермент, который высоко консервативен среди эукариот и катализирует дегидрирование связи C-5 (6) в промежуточном стероловом соединении в качестве стадии биосинтеза. основных стеринов. Точная структура субстрата фермента зависит от вида. Например, человеческая C-5 стерол-десатураза (также известная как латостеролоксидаза ) окисляет латостерол , в то время как его ортолог ERG3 в дрожжах Saccharomyces cerevisiae окисляет эпистерол . ^{[1] [2]}

Точные структурные детали субстратов С-5 стерол-десатуразы варьируются у разных эукариот. Ниже на схеме реакции показаны три возможные дистальные группы, а также пути биосинтеза и виды, в которых они встречаются. ^{[1] [2] [3]}

Механизм [ править ]

C-5 стерол-десатураза связывает окисление стерола с окислением NAD (P) H и восстановлением молекулярного кислорода. ^[2] Можно использовать НАДН или НАДФН ; в модельных видах растений Arabidopsis thaliana C-5 стеролдесатураза катализирует реакцию с НАДН в два раза быстрее, в то время как у S. cerevisiae этот фермент не имеет большого предпочтения. ^{[1] [4]} Считается, что точные детали реакции у млекопитающих и дрожжей различаются. ^[1] Однако ферменты имеют общий консервативный кластер остатков гистидина, который при мутации (у A. thaliana) резко снижают или устраняют активность ферментов, предполагая участие в этом механизме скоординированного катиона железа. ^[4] Исследования мутагенеза показывают, что в A. thaliana треонин 114 (который является серином у людей, мышей и дрожжей) может помочь стабилизировать комплекс фермент-субстрат. ^[4] Райер предложил механизм реакции, в котором координированный железом кислород отводит водород от субстрата, что приводит к образованию промежуточного радикала. ^[5]

Биологическая роль [ править ]

C-5 стерол десатураза катализирует промежуточную стадию синтеза основных стеринов. Конкретный биосинтетический путь варьируется у разных эукариот. У животных C5SD катализирует дегидратацию латостерола до 7-дегидрохолестерина, стадию синтеза холестерина . ^[6] Холестерин выполняет множество функций в клетке, в том числе регулирует текучесть мембран, выступая в качестве предшественника стероидных гормонов. ^[6] У грибов C5SD катализирует дегидратацию эпистерола на этапе синтеза эргостерола , стерола, который регулирует текучесть и проницаемость клеточных мембран. ^{[1] [7]} В таких растениях, как Arabidopsis thaliana , C-5 стерол-десатураза катализирует дегидрированиеэпистерол и авенастерин в пути, который, как считается, приводят к множеству мембранных компонентов, а также к классу гормонов, называемых брассиностероидами . ^[8]

Субклеточная локализация [ править ]

Судя по аминокислотному профилю, C-5 стерол-десатураза, по-видимому, имеет четыре-пять мембранных областей, что позволяет предположить, что это трансмембранный белок . ^[9] Активность C5SD была продемонстрирована в микросомах из ткани крысы, подразумевая, что фермент крысы локализуется в эндоплазматическом ретикулуме. ^{[10] [11]} Эксперименты с флуоресцентной микроскопией показали, что у ресничек Tetrahymena thermophila C5SD локализуется в эндоплазматическом ретикулуме, а в S S. cerevisiae C5SD локализуется как в эндоплазматическом ретикулуме, так и в пузырьках . ^{[12] [13]} У Arabidopsis thalianaC5SD находится как в эндоплазматическом ретикулуме, так и в липидных частицах. ^[14]

Клиническая значимость [ править ]

Противогрибковая устойчивость [ править ]

Общий класс противогрибковых препаратов, известных как азолы, нарушает путь биосинтеза стеролов грибами, расположенный выше C-5 стеролдесатуразы, что приводит к накоплению нетоксичных 14α-метилированных стеролов. Затем C5SD превращает эти промежуточные соединения в токсичный продукт. Следовательно, как у патогенного гриба Candida albicans, так и у модельного организма S. cerevisiae мутации в гене, кодирующем стерол-десатуразу С-5 ( ERG3 ), позволяют клетке избегать синтеза токсичных стериновых продуктов и, как было показано, придают устойчивость к азолам. ^{[15] [16]} По крайней мере, в случае флуконазола противогрибковая устойчивость из-за инактивации C5SD зависит от активностибелок-шаперон Hsp90 и кальциневрин фосфатаза . ^{[17] [18]} Однако клиническое значение этого механизма устойчивости к азолу является спорным, потому что, хотя делеция ERG3 сама по себе придает устойчивость к флуконазолу C. albicans in vitro , этого недостаточно для придания устойчивости к флуконазолу на модели живых мышей. ^[19]

Латостеролоз [ править ]

По крайней мере, у одного пациента дефицит активности C-5-стерол-десатуразы (названный латостеролозом ) был связан с множественными пороками развития, задержкой развития металлов и заболеванием печени. ^{[9] У} этого пациента также был обнаружен низкий уровень холестерина в крови и высокий уровень латостерола в клеточных мембранах по сравнению со здоровыми контрольными субъектами. Эти симптомы напоминают симптомы других дефектов синтеза холестерина, таких как синдром Смита-Лемли-Опица . ^{[9] [20]}

Возможные приложения [ править ]

Ученые обнаружили, что растения томатов, созданные с использованием стерин-десатуразы C-5 из гриба Flammulina velutipes, демонстрируют улучшенную засухоустойчивость и устойчивость к грибковым патогенам, а также повышенное содержание железа и полиненасыщенных жиров. ^[21] Авторы исследования предполагают, что грибковый фермент может быть полезным инструментом для биотехнологии растений, поскольку улучшение многих аспектов урожая обычно требует времени и труда.

Ссылки [ править ]