Гликозилтрансферазы ( GTF , Gtfs ) представляют собой ферменты ( EC 2.4 ), которые устанавливают естественные гликозидные связи. Они катализируют перенос сахаридных фрагментов от активированного нуклеотидного сахара (также известного как « гликозильный донор ») к молекуле нуклеофильного гликозильного акцептора , нуклеофилом которой может быть кислород - углерод , азот - или сера . [1]
Результатом переноса гликозила может быть углевод , гликозид , олигосахарид или полисахарид . Некоторые гликозилтрансферазы катализируют переход на неорганический фосфат или воду . Перенос гликозила также может происходить на остатки белка , обычно на тирозин , серин или треонин, чтобы получить О-связанные гликопротеины , или на аспарагин, чтобы получить N-связанные гликопротеины. Маннозильные группы могут быть перенесены на триптофан с образованием C-маннозил триптофана., которого относительно много у эукариот. Трансферазы могут также использовать липиды в качестве акцептора, образуя гликолипиды , и даже использовать липидно-связанные доноры фосфата сахара, такие как фосфаты долихола .
Гликозилтрансферазы, использующие доноры сахарных нуклеотидов, являются ферментами Leloir в честь Луиса Ф. Лелуара , ученого, открывшего первый сахарный нуклеотид и получившего Нобелевскую премию по химии 1970 года за свою работу по метаболизму углеводов. Гликозилтрансферазы , которые используют не-нуклеотидные донор , такие как долихол или полипренолы пирофосфат являются не-Leloir гликозилтрансферазой .
Млекопитающие используют только 9 доноров сахарных нуклеотидов для гликозилтрансфераз: [2] UDP-глюкоза , UDP-галактоза , UDP-GlcNAc , UDP-GalNAc , UDP-ксилоза , UDP-глюкуроновая кислота , GDP-манноза , GDP-фукоза и CMP-сиаловая кислота. кислота . Фосфат (ы) этих донорных молекул обычно координируется двухвалентными катионами, такими как марганец, однако существуют ферменты, не зависящие от металла.
Многие гликозилтрансферазы представляют собой однопроходные трансмембранные белки , и они обычно прикрепляются к мембранам аппарата Гольджи [3]
Механизм [ править ]
Гликозилтрансферазы можно разделить на «удерживающие» или «инвертирующие» ферменты в зависимости от того, сохраняется ли стереохимия аномерной связи донора (α → α) или инвертируется (α → β) во время переноса. Механизм инвертирования прост и требует однократной нуклеофильной атаки принимающего атома для инвертирования стереохимии.
Механизм удержания был предметом дискуссий, но существуют веские доказательства против механизма двойного смещения (который может вызвать две инверсии аномерного углерода для чистого удержания стереохимии) или диссоциативного механизма (распространенный вариант которого был известен как СНи). Был предложен «ортогональный ассоциативный» механизм, который, подобно инвертирующим ферментам, требует только однократной нуклеофильной атаки акцептора под нелинейным углом (как наблюдается во многих кристаллических структурах) для достижения удержания аномера. [4]
Обратимость реакции [ править ]
Недавнее открытие обратимости многих реакций, катализируемых инвертированием гликозилтрансфераз, послужило сдвигом парадигмы в этой области и поднимает вопросы относительно обозначения сахарных нуклеотидов как «активированных» доноров. [5] [6] [7] [8] [9]
Классификация по последовательности [ править ]
Методы классификации на основе последовательностей оказались мощным способом создания гипотез о функции белков на основе сопоставления последовательностей с родственными белками. База данных углеводно-активных ферментов представляет собой основанную на последовательностях классификацию гликозилтрансфераз на более чем 90 семейств. [10] Ожидается, что такая же трехмерная складка будет происходить внутри каждого из семейств. [11]
Структура [ править ]
В отличие от разнообразия трехмерных структур, наблюдаемых для гликозидгидролаз , гликозилтрансферазы имеют гораздо меньший диапазон структур. [12] [13] Фактически, согласно базе данных структурной классификации белков , только три различных складки наблюдались для гликозилтрансфераз. [14] Совсем недавно новая гликозилтрансферазная складка была идентифицирована для гликозилтрансфераз, участвующих в биосинтезе NAG- Полимерная основа NAM пептидогликана . [15]
Ингибиторы [ править ]
Известны многие ингибиторы гликозилтрансфераз. Некоторые из них являются натуральными продуктами, такими как моеномицин , ингибитор пептидогликановых гликозилтрансфераз, никкомицины , ингибиторы хитинсинтазы , и эхинокандины , ингибиторы грибковых β-1,3-глюкансинтаз . Некоторые ингибиторы гликозилтрансферазы используются в качестве лекарств или антибиотиков. Моеномицин используется в кормах для животных в качестве стимулятора роста. Каспофунгин был получен из эхинокандинов и используется как противогрибковое средство. Этамбутол является ингибитором микобактериальных арабинотрансфераз и используется для лечения туберкулеза. Луфенуронявляется ингибитором синтеза хитина насекомыми и используется для борьбы с блохами у животных. Синтетические ингибиторы гликозилтрансфераз на основе имидазолия были разработаны для использования в качестве противомикробных и антисептических агентов. [16]
Определитель группы крови [ править ]
| Семейство гликозилтрансфераз 6 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | GT6 | ||||||||
| Pfam | PF03414 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR005076 | ||||||||
| OPM суперсемейство | 199 | ||||||||
| Белок OPM | 2rj6 | ||||||||
| Мембранома | 468 | ||||||||
| |||||||||
Система групп крови ABO определяется тем, какой тип гликозилтрансфераз экспрессируется в организме.
Локус гена ABO , экспрессирующий гликозилтрансферазы, имеет три основные аллельные формы: A, B и O. Аллель A кодирует 1-3-N-ацетилгалактозаминилтрансферазу, которая связывает α- N-ацетилгалактозамин с D-галактозным концом антигена H, производя A антиген. Аллель B кодирует 1-3-галактозилтрансферазу, которая соединяет α-D-галактозу, связанную с D-галактозным концом H-антигена, создавая B-антиген. В случае аллеля O экзон 6 содержит делецию, которая приводит к потере ферментативной активности. Аллель O немного отличается от аллеля A делецией единственного нуклеотида - гуанина в положении 261. Делеция вызывает сдвиг рамки считывания.и приводит к трансляции почти полностью другого белка, у которого отсутствует ферментативная активность. Это приводит к тому, что H-антиген остается неизменным в случае O-групп.
Комбинация гликозилтрансфераз по обоим аллелям, присутствующим у каждого человека, определяет его группу крови AB, A, B или O.
Использует [ редактировать ]
Гликозилтрансферазы широко используются как в целевом синтезе конкретных гликоконъюгатов, так и в синтезе дифференциально гликозилированных библиотек лекарств, биологических зондов или натуральных продуктов в контексте открытия и разработки лекарств (процесс, известный как гликорандомизация ). [17]Подходящие ферменты можно выделить из природных источников или получить рекомбинантно. В качестве альтернативы были разработаны целые клеточные системы, использующие либо эндогенные гликозильные доноры, либо клеточные системы, содержащие клонированные и экспрессированные системы для синтеза гликозильных доноров. В бесклеточных подходах широкомасштабное применение гликозилтрансфераз для синтеза гликоконъюгатов потребовало доступа к большим количествам доноров гликозила. С другой стороны, были разработаны системы рециркуляции нуклеотидов, которые позволяют ресинтез гликозильных доноров из высвобожденного нуклеотида. Подход с рециркуляцией нуклеотидов имеет дополнительное преимущество, заключающееся в уменьшении количества нуклеотидов, образующихся в качестве побочного продукта, тем самым уменьшая степень ингибирования, вызываемого интересующей гликозилтрансферазой - обычно наблюдаемой особенности побочного продукта нуклеотидов.
См. Также [ править ]
- Углеводная химия
- Химическое гликозилирование
- Глюкуронозилтрансфераза
- Гликоген-синтаза
- Акцептор гликозила
- Донор гликозила
- Гликозилирование
- Олигосахарилтрансфераза
Ссылки [ править ]
- ^ Уильямс, GJ; Торсон, Дж.С. (2009). Гликозилтрансферазы природных продуктов: свойства и применение . Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. 76 . С. 55–119. DOI : 10.1002 / 9780470392881.ch2 . ISBN 9780470392881. PMID 18990828 .
- ^ Etzler ME, Варки A, Cummings RL, Esko JD, Замораживание HH, Hart GW, ред. (2008). Основы гликобиологии (2-е изд.). Плейнвью, штат Нью-Йорк: Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. ISBN 978-0-87969-770-9.
- ^ Трансферазы в базе данных мембран .
- ^ Шуман B, Evans С.В., Fyles TM (август 2013). «Геометрические атрибуты удерживающих ферментов гликозилтрансферазы благоприятствуют ортогональному механизму» . PLOS ONE . 8 (8): e71077. DOI : 10.1371 / journal.pone.0071077 . PMC 3731257 . PMID 23936487 .
- ^ Чжан, C; Гриффит, BR; Fu, Q; Альберманн, C; Fu, X; Ли, И. К.; Ли, Л; Торсон, Дж.С. (1 сентября 2006 г.). «Использование обратимости реакций, катализируемых гликозилтрансферазой природного продукта». Наука . 313 (5791): 1291–4. DOI : 10.1126 / science.1130028 . PMID 16946071 . S2CID 38072017 .
- ^ Чжан, C; Альберманн, C; Fu, X; Thorson, JS (27 декабря 2006 г.). «Исследование in vitro повторяющейся авермектингликозилтрансферазы AveBI показывает обратимость реакции и гибкость сахарных нуклеотидов». Журнал Американского химического общества . 128 (51): 16420–1. DOI : 10.1021 / ja065950k . PMID 17177349 .
- ^ Чжан, C; Fu, Q; Альберманн, C; Ли, Л; Thorson, JS (5 марта 2007 г.). «Характеристика in vitro эритронолидмикарозилтрансферазы EryBV и ее полезность в диверсификации макролидов». ChemBioChem: Европейский журнал химической биологии . 8 (4): 385–90. DOI : 10.1002 / cbic.200600509 . PMID 17262863 . S2CID 45058028 .
- ^ Чжан, C; Моретти, Р.; Цзян, Дж; Торсон, Дж.С. (13 октября 2008 г.). «Исследование полиеновых гликозилтрансфераз AmphDI и NysDI in vitro» . ChemBioChem: Европейский журнал химической биологии . 9 (15): 2506–14. DOI : 10.1002 / cbic.200800349 . PMC 2947747 . PMID 18798210 .
- ^ Гантт, RW; Peltier-Pain, P; Курнуайе, WJ; Торсон, Дж.С. (21 августа 2011 г.). «Использование простых доноров для управления равновесием реакций, катализируемых гликозилтрансферазой» . Природа Химическая биология . 7 (10): 685–91. DOI : 10,1038 / nchembio.638 . PMC 3177962 . PMID 21857660 .
- ^ CAZypedia Гликозилтрансферазы
- ^ CAZy гликозилтрансфераза
- ^ Сингх, S; Филлипс Г.Н., младший; Торсон, Дж.С. (октябрь 2012 г.). «Структурная биология ферментов, участвующих в гликозилировании природных продуктов» . Отчеты о натуральных продуктах . 29 (10): 1201–37. DOI : 10.1039 / c2np20039b . PMC 3627186 . PMID 22688446 .
- ^ Чанг, А; Сингх, S; Филлипс Г.Н., младший; Торсон, Дж.С. (декабрь 2011 г.). «Структурная биология гликозилтрансферазы и ее роль в разработке катализаторов гликозилирования» . Текущее мнение в области биотехнологии . 22 (6): 800–8. DOI : 10.1016 / j.copbio.2011.04.013 . PMC 3163058 . PMID 21592771 .
- ^ SCOP: Структурная классификация белков
- ^ Ловеринг AL де Кастро LH, Лим D, Strynadka NC (март 2007). «Структурное понимание стадии трансгликозилирования биосинтеза бактериальной клеточной стенки». Наука . 315 (5817): 1402–5. DOI : 10.1126 / science.1136611 . PMID 17347437 . S2CID 41658295 .
- ^ Кочев, А; Меламед, Дж; Ван, S; Kong, X; Vlahakis, JZ; Сюй, Y; Szarek, WA; Брокгаузен, I (июнь 2020 г.). «Ингибирование роста бактерий и активности галактозилтрансферазы WbwC с помощью солей α, ω-бис (3-алкил-1H-имидазолия) алканов: влияние изменения содержания углерода». Биоорганическая и медицинская химия . 28 (11): 115494. DOI: 10.1016 / j.bmc.2020.115494 . PMID 32312486 .
- ^ Гантт, RW; Peltier-Pain, P; Торсон, Дж.С. (октябрь 2011 г.). «Ферментативные методы глико (диверсификация / рандомизация) лекарственных средств и малых молекул». Отчеты о натуральных продуктах . 28 (11): 1811–53. DOI : 10.1039 / c1np00045d . PMID 21901218 .
