Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигацииПерейти к поиску
L-гулонолактоноксидаза
Идентификаторы
ЕС нет.1.1.3.8
№ CAS9028-78-8
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

L- гулонолактоноксидаза ( EC 1.1.3.8 ) - это фермент , вырабатывающий витамин C , но нефункциональный у Haplorrhini (включая людей), у некоторых летучих мышей и морских свинок . Это катализирует в реакцию с L -gulono-1,4-лактона с кислородом в L -xylo-гекс-3-gulonolactone и перекиси водорода . Вкачестве кофактора используется FAD . Л -xylo-гекса-3-gulonolactone (2-кето-гулоно-гамма-лактон) способен преобразовать в гексуроновые кислоты (аскорбиновая кислота ) спонтанно, без ферментативного действия.

Дефицит гулонолактоноксидазы

Нефункциональный псевдоген гулонолактоноксидазы (GULOP) был картирован на хромосоме 8p21 человека, которая соответствует эволюционно консервативному сегменту на хромосоме 4 свиньи (SSC4) или 14 (SSC14). [1] [2] [3] GULO производит предшественник аскорбиновой кислоты , который самопроизвольно превращается в витамин (« витамин С »).

Утрата активности гена L-гулонолактоноксидазы (GULO) произошла отдельно в истории нескольких видов. У некоторых видов летучих мышей активность GULO потеряна, но у других она сохраняется. [4] Потеря активности этого фермента является причиной неспособности морских свинок ферментативно синтезировать витамин С. Оба эти события произошли независимо от потери подотряда haplorrhini у приматов, включая человека.

Однако остаток этого нефункционального гена со многими мутациями все еще присутствует в геномах морских свинок и людей. [5] Неизвестно, существуют ли остатки гена у летучих мышей, у которых отсутствует активность GULO. Функция GULO, по-видимому, несколько раз терялась и, возможно, приобреталась повторно у нескольких линий воробьиных птиц, у которых способность вырабатывать витамин C варьируется от вида к виду. [6]

Утрата активности GULO в отряде приматов произошла около 63 миллионов лет назад, примерно в то время, когда он разделился на подотряды Haplorhini (утратившие ферментативную активность) и Strepsirrhini (сохранившие ее). Приматы haplorhines («простые носы»), которые не могут производить витамин C ферментативно, включают долгопятов и обезьян (обезьян, обезьян и людей). Стрепсирины (изогнутые или мокрые) приматы, которые все еще могут производить витамин С ферментативно, включают лори , галаго , потто и, в некоторой степени, лемуров . [7]

Дефицит L-гулонолактоноксидазы называется « гипоаскорбемия » [8] и описывается OMIM (Интернет-менделевское наследование у человека) [9] как « общественная врожденная ошибка метаболизма», поскольку она затрагивает всех людей. Существует большое несоответствие между количествами аскорбиновой кислоты, потребляемой другими приматами, и тем, что рекомендуется в качестве «контрольных доз» для людей. [10] В явно патологической форме последствия дефицита аскорбата проявляются как цинга .

Последствия утраты

Вероятно, что некоторый уровень адаптации произошел после потери приматами гена GULO. Glut1 эритроцитов и связанное с ним поглощение дегидроаскорбиновой кислоты, модулируемое переключением устьиц, являются уникальными чертами человека и некоторых других млекопитающих, которые утратили способность синтезировать аскорбиновую кислоту из глюкозы . [11] Поскольку переносчики GLUT и стоматин повсеместно распространены в различных типах клеток и тканях человека, можно предположить, что аналогичные взаимодействия происходят не в эритроцитах, а в клетках человека. [12]

Полинг заметил, что после потери выработки эндогенного аскорбата апо (a) и Lp (a) получили значительную поддержку в эволюции, действуя как суррогат аскорбата, поскольку частота появления повышенных уровней Lp (a) в плазме у видов, потерявших способность синтезировать аскорбат велика. [13] Кроме того, только приматы участвуют в регуляции экспрессии гена CAMP витамином D, которая произошла после потери гена GULO. [14]

Джонсон и др. выдвинули гипотезу, что мутация GULOP (псевдогена, который продуцирует L-гулонолактоноксидазу), так что он прекратил продуцировать GULO, могла быть полезной для ранних приматов за счет повышения уровня мочевой кислоты и усиления воздействия фруктозы на набор веса и накопление жира. При нехватке продовольствия это давало мутантам преимущество в выживании. [15]

Модели животных

При изучении болезней человека стали доступны модели небольших лабораторных животных. Однако ткани животных моделей с геном GULO обычно имеют высокий уровень аскорбиновой кислоты и поэтому часто лишь незначительно подвержены влиянию экзогенного витамина С. Это является серьезным препятствием для исследований с участием эндогенных окислительно-восстановительных систем приматов и других животных, у которых он отсутствует. ген.

Морские свинки - популярная модель человека. Они потеряли способность синтезировать L-гулоно-гамма-лактоноксидазу 20 миллионов лет назад. [5]

В 1999 году Маэда и др. генно-инженерные мыши с инактивированным геном GULO. Мутантные мыши, как и люди, полностью зависят от пищевого витамина С, и у них наблюдаются изменения, указывающие на нарушение целостности их сосудистой сети. [16] Мыши GULO - / - использовались в качестве модели человека в нескольких последующих исследованиях. [17]

Были успешные попытки активировать утраченную ферментативную функцию у разных видов животных. [18] [19] [20] [21] Также были идентифицированы различные мутанты GULO. [22] [23]

Модели растений

В отношении растений важность витамина С в регулировании морфологии всего растения, клеточной структуры и развития растений была четко установлена ​​посредством характеристики мутантов с низким содержанием витамина С у Arabidopsis thaliana , картофеля, табака, томатов и риса. Повышение содержания витамина С за счет сверхэкспрессии инозитолоксигеназы и гулоно-1,4-лактоноксидазы в A. thaliana приводит к увеличению биомассы и устойчивости к абиотическим стрессам. [24] [25]

Альтернативные субстраты и родственные ферменты

GULO принадлежит к семейству сахар-1,4-лактоноксидаз, которое также содержит дрожжевой фермент D-арабиноно-1,4-лактоноксидазу (ALO). ALO производит эриторбиновую кислоту с ее каноническим субстратом. Это семейство, в свою очередь, является подсемейством в составе сахар-1,4-лактоноксидаз, которое также включает бактериальную L-гулоно-1,4-лактондегидрогеназу и растительную галактонолактондегидрогеназу . [26] Все эти оксидоредуктазы альдонолактон играют роль в той или иной форме синтеза витамина С, а некоторые (включая GULO и ALO) принимают субстраты других членов. [27]

См. Также

  • Аскорбиновая кислота / витамин С
  • Оксидоредуктаза
  • Цинга

Ссылки

  1. ^ GULOP Архивировано 27 сентября 2007 г. в Wayback Machine - iHOP
  2. ^ Nishikimi МЫ, Koshizaka Т, Т Озава, Яги К (декабрь 1988). «Возникновение у людей и морских свинок гена, связанного с отсутствием у них фермента L-гулоно-гамма-лактоноксидазы». Архивы биохимии и биофизики . 267 (2): 842–6. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (88) 90093-8 . PMID  3214183 .
  3. ^ Nishikimi М, Фукуяма R, S Minoshima, Shimizu N, Яги К (май 1994 г.). «Клонирование и хромосомное картирование человеческого нефункционального гена L-гулоно-гамма-лактоноксидазы, фермента биосинтеза L-аскорбиновой кислоты, отсутствующего у человека». Журнал биологической химии . 269 (18): 13685–8. PMID 8175804 . 
  4. Перейти ↑ Cui J, Pan YH, Zhang Y, Jones G, Zhang S (февраль 2011 г.). «Прогрессивная псевдогенизация: синтез витамина С и его потеря у летучих мышей» . Молекулярная биология и эволюция . 28 (2): 1025–31. DOI : 10.1093 / molbev / msq286 . PMID 21037206 . 
  5. ^ a b Nishikimi M, Kawai T, Yagi K (октябрь 1992 г.). «Морские свинки обладают сильно мутированным геном L-гулоно-гамма-лактоноксидазы, ключевого фермента биосинтеза L-аскорбиновой кислоты, отсутствующего у этого вида». Журнал биологической химии . 267 (30): 21967–72. PMID 1400507 . 
  6. Перейти ↑ Martinez del Rio C (1997). "Могут ли воробьиные синтезировать витамин С?" (PDF) . Аук . 114 (3): 513–516. DOI : 10.2307 / 4089257 . JSTOR 4089257 .  
  7. ↑ Pollock JI, Mullin RJ (май 1987). «Биосинтез витамина С в просимиях: свидетельство антропоидного сродства Tarsius». Американский журнал физической антропологии . 73 (1): 65–70. DOI : 10.1002 / ajpa.1330730106 . PMID 3113259 . 
  8. ^ ГИПОАСКОРБЕМИЯ - NCBI
  9. ^ OMIM - Интернет Менделирующее наследование в человеке - NCBI
  10. Перейти ↑ Milton K (сентябрь 2003 г.). "Потребление микронутриентов дикими приматами: люди разные?" (PDF) . Сравнительная биохимия и физиология. Часть A, Молекулярная и интегративная физиология . 136 (1): 47–59. DOI : 10.1016 / S1095-6433 (03) 00084-9 . PMID 14527629 .  
  11. ↑ Montel-Hagen A, Kinet S, Manel N, Mongellaz C, Prohaska R, Battini JL, Delaunay J, Sitbon M, Taylor N (март 2008 г.). «Эритроцит Glut1 вызывает поглощение дегидроаскорбиновой кислоты у млекопитающих, неспособных синтезировать витамин С» . Cell . 132 (6): 1039–48. DOI : 10.1016 / j.cell.2008.01.042 . PMID 18358815 . 
  12. ^ Мандл J, Szarka A, Bánhegyi G (август 2009). «Витамин C: обновленная информация по физиологии и фармакологии» . Британский журнал фармакологии . 157 (7): 1097–110. DOI : 10.1111 / j.1476-5381.2009.00282.x . PMC 2743829 . PMID 19508394 .  
  13. Перейти ↑ Pauling L, Rath (1992). «Единая теория сердечно-сосудистых заболеваний человека» (PDF) . Журнал ортомолекулярной медицины . 7 (1).
  14. ^ Gombart AF (ноябрь 2009). «Путь витамин D-антимикробный пептид и его роль в защите от инфекции» . Будущая микробиология . 4 (9): 1151–65. DOI : 10.2217 / fmb.09.87 . PMC 2821804 . PMID 19895218 .  
  15. Перейти ↑ Johnson RJ, Andrews P, Benner SA, Oliver W (2010). «Премия Теодора Э. Вудворда. Эволюция ожирения: выводы из среднего миоцена» . Труды Американской клинической и климатологической ассоциации . 121 : 295–305, обсуждение 305–8. PMC 2917125 . PMID 20697570 .  
  16. ^ Маэда Н, Н Hagihara, Наката Y, Хиллер S, Уайлдером - J, Реддик R (январь 2000 г.). «Повреждение стенки аорты у мышей, неспособных синтезировать аскорбиновую кислоту» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (2): 841–6. DOI : 10.1073 / pnas.97.2.841 . PMC 15418 . PMID 10639167 .  
  17. ^ Li Y, Schellhorn HE (октябрь 2007). «Новые разработки и новые терапевтические перспективы для витамина С» . Журнал питания . 137 (10): 2171–84. DOI : 10.1093 / JN / 137.10.2171 . PMID 17884994 . 
  18. ^ Тоёхара Н, Накат Т, Touhata К, Хасимото Н, Киношиты М, Сакагучи М, Nishikimi М, Яги К, Вакаматс Y, Ozato К (июнь 1996 г.). «Трансгенная экспрессия L-гулоно-гамма-лактоноксидазы в медаке (Oryzias latipes), костистой рыбе, у которой отсутствует этот фермент, необходимый для биосинтеза L-аскорбиновой кислоты». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 223 (3): 650–3. DOI : 10.1006 / bbrc.1996.0949 . PMID 8687450 . 
  19. ↑ Li Y, Shi CX, Mossman KL, Rosenfeld J, Boo YC, Schellhorn HE (декабрь 2008 г.). «Восстановление синтеза витамина С у трансгенных гуло - / - мышей с помощью зависимой от хелперов аденовирусной экспрессии гулонолактоноксидазы». Генная терапия человека . 19 (12): 1349–58. DOI : 10.1089 / hgt.2008.106 . PMID 18764764 . 
  20. ↑ Ha MN, Graham FL, D'Souza CK, Muller WJ, Igdoura SA, Schellhorn HE (март 2004 г.). «Функциональное восстановление дефицита синтеза витамина С в клетках человека с использованием аденовирусной экспрессии мышиной l-гулоно-гамма-лактоноксидазы». Геномика . 83 (3): 482–92. DOI : 10.1016 / j.ygeno.2003.08.018 . PMID 14962674 . 
  21. ^ Ю, Розмари. «РАЗРАБОТКА НАДЕЖНЫХ МОДЕЛЕЙ ЖИВОТНЫХ ДЛЯ ФУНКЦИИ ВИТАМИНА С» . Диссертации и диссертации в открытом доступе . Библиотека Университета Макмастера . Проверено 8 февраля 2013 года .
  22. ↑ Hasan L, Vögeli P, Stoll P, Kramer SS, Stranzinger G, Neuenschwander S (апрель 2004 г.). «Внутригенная делеция в гене, кодирующем L-гулонолактоноксидазу, вызывает дефицит витамина С у свиней» (PDF) . Геном млекопитающих . 15 (4): 323–33. DOI : 10.1007 / s00335-003-2324-6 . ЛВП : 20.500.11850 / 422871 . PMID 15112110 .  
  23. ^ Мохан С., Капур А., Сингих А., Чжан З., Тейлор Т., Ю Х, Чедвик Р. Б., Чанг Ю. С., Чанг Ю. С., Донахью Л. Р., Розен С., Кроуфорд Г. К., Вергедал Дж., Бэйлинк DJ (сентябрь 2005 г.). «Спонтанные переломы у мутантных sfx мышей вызваны делецией гена гулонолактоноксидазы, вызывающей дефицит витамина С» . Журнал исследований костей и минералов . 20 (9): 1597–610. DOI : 10,1359 / JBMR.050406 . PMID 16059632 . 
  24. ^ Лиско KA, Торрес R, Харрис RS, Белиль M, Vaughan MM, Jullian B, Chevone BI, Мендес P, Nessler CL, Lorence A (декабрь 2013). «Arabidopsis приводит к увеличению биомассы и устойчивости к абиотическим стрессам» . Клеточная биология и биология развития in vitro. Завод . 49 (6): 643–655. DOI : 10.1007 / s11627-013-9568-у . PMC 4354779 . PMID 25767369 .  
  25. ^ Radzio JA, Lorence A, Chevone BI, Nessler CL (декабрь 2003). «Экспрессия L-гулоно-1,4-лактоноксидазы спасает мутанты Arabidopsis (vtc) с дефицитом витамина C». Молекулярная биология растений . 53 (6): 837–44. DOI : 10,1023 / Б: PLAN.0000023671.99451.1d . PMID 15082929 . 
  26. ^ «L-гулонолактон / D-арабиноно-1,4-лактоноксидаза (IPR010031)» . ИнтерПро . Дата обращения 3 февраля 2020 .
  27. ^ Aboobucker, SI; Лоренс, А (январь 2016 г.). «Недавний прогресс в характеристике оксидоредуктаз альдонолактон» . Физиология и биохимия растений . 98 : 171–85. DOI : 10.1016 / j.plaphy.2015.11.017 . PMC 4725720 . PMID 26696130 .  

Дальнейшее чтение

  • Чжан З.Д., Франкский А., Хант Т., Харроу Дж., Герштейн М. (2010). «Идентификация и анализ унитарных псевдогенов: исторические и современные потери генов у людей и других приматов» . Геномная биология . 11 (3): R26. DOI : 10.1186 / ГБ-2010-11-3-r26 . PMC  2864566 . PMID  20210993 .
  • Инай Й, Охта Й, Нишикими М. (октябрь 2003 г.). «Вся структура человеческого нефункционального гена L-гулоно-гамма-лактоноксидазы - гена, ответственного за цингу - и эволюция повторяющихся последовательностей на нем» . Журнал диетологии и витаминологии . 49 (5): 315–9. DOI : 10,3177 / jnsv.49.315 . PMID  14703305 .
  • Отова Т., Йошида Е., Сугая Н., Ясуда С., Нисимура Ю., Иноуэ К., Точиги М., Умэкаге Т., Миягава Т., Нисида Н., Токунага К., Тани Х, Сасаки Т., Кайя Х, Окадзаки Ю. (февраль 2009 г.). «Общегеномное ассоциативное исследование панического расстройства у японского населения» . Журнал генетики человека . 54 (2): 122–6. DOI : 10.1038 / jhg.2008.17 . PMID  19165232 .
  • Де Туллио М (2010). «Тайна витамина С» . Природное образование . 9. 3 (48) . Проверено 5 ноября 2012 года .