Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
неорганическая пирофосфатаза
Идентификаторы
ЕС нет.3.6.1.1
№ CAS9024-82-2
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
Растворимая неорганическая пирофосфатаза
Неорганическая пирофосфатаза.png
Структура растворимой неорганической пирофосфатазы, выделенной из Thermococcus litoralis ( PDB : 2PRD ).
Идентификаторы
СимволПирофосфатаза
PfamPF00719
ИнтерПроIPR008162
PROSITEPS00387
CATH2пред
SCOP22прд / СФЕРА / СУПФАМ
CDDcd00412
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
пирофосфатаза (неорганическая) 1
Идентификаторы
СимволPPA1
Альт. символыПП
Ген NCBI5464
HGNC9226
OMIM179030
RefSeqNM_021129
UniProtQ15181
Прочие данные
LocusChr. 10 q11.1-q24
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
пирофосфатаза (неорганическая) 2
Идентификаторы
СимволPPA2
Ген NCBI27068
HGNC28883
OMIM609988
RefSeqNM_176869
UniProtQ9H2U2
Прочие данные
LocusChr. 4 q25
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Неорганическая пирофосфатаза (или неорганическая дифосфатаза , PPase ) - это фермент ( EC 3.6.1.1 ), который катализирует превращение одного иона пирофосфата в два иона фосфата . [1] Это очень экзэргоническая реакция, и поэтому она может быть связана с неблагоприятными биохимическими превращениями, чтобы довести эти превращения до завершения. [2] Функциональность этого фермента играет решающую роль в метаболизме липидов (включая синтез и разложение липидов), всасывании кальция и формировании костей, [3] [4]и синтез ДНК, [5], а также другие биохимические превращения. [6] [7]

К настоящему времени были охарактеризованы два типа неорганической дифосфатазы , сильно различающиеся как по аминокислотной последовательности, так и по структуре : растворимая и трансмембранная пирофосфатаза, перекачивающая протоны (sPPases и H ( + ) -PPases соответственно). sPPases - это вездесущие белки, которые гидролизуют пирофосфат с выделением тепла, тогда как H + -PPases, пока не идентифицированные в клетках животных и грибов , связывают энергию гидролиза PPi с движением протонов через биологические мембраны.. [8] [9]

Структура [ править ]

Термостабильная растворимая пирофосфатаза была выделена из экстремофила Thermococcus litoralis . Трехмерная структура была определена с помощью рентгеновской кристаллографии , и было обнаружено, что она состоит из двух альфа-спиралей , а также антипараллельного закрытого бета-листа . Было обнаружено, что форма неорганической пирофосфатазы, выделенная из Thermococcus litoralis, содержит в общей сложности 174 аминокислотных остатка и имеет гексамерную олигомерную организацию (Изображение 1). [10]

Люди обладают двумя генами, кодирующими пирофосфатазу, PPA1 и PPA2. [11] PPA1 был назначен локуса гена на человеческой хромосоме 10 , [12] и PPA2 на хромосоме 4 . [13]

Механизм [ править ]

Хотя точный механизм катализа с помощью неорганической пирофосфатазы у большинства организмов остается неясным, исследования сайт-направленного мутагенеза у Escherichia coli позволили провести анализ активного сайта фермента и идентифицировать ключевые аминокислоты . В частности, этот анализ выявил 17 остатков, которые могут иметь функциональное значение в катализе . [14]

Дальнейшие исследования показывают, что состояние протонирования Asp67 отвечает за модуляцию обратимости реакции в Escherichia coli . Карбоксилат функциональной группа этого остатка была показана , чтобы выполнить нуклеофильную атаку на пирофосфат подложке , когда четыре магниевых ионов присутствуют. Было показано, что прямая координация с этими четырьмя ионами магния и взаимодействия водородных связей с Arg43, Lys29 и Lys142 (все положительно заряженные остатки) закрепляют субстрат на активном сайте . Четыре Также предполагается, что ионы магния участвуют в стабилизации переходного состояния тригональной бипирамиды , что снижает энергетический барьер для вышеупомянутой нуклеофильной атаки. [14]

Несколько исследований также выявили дополнительные субстраты, которые могут действовать как аллостерические эффекторы. В частности, связывание пирофосфата (PPi) с эффекторным сайтом неорганической пирофосфатазы увеличивает скорость гидролиза в активном центре . [15] АТФ также была показана , что функции в качестве аллостерического активатора в кишечной палочке , [16] в то время как фторид был показан, ингибирует гидролиз из пирофосфата в дрожжах . [17]

Биологическая функция и значение [ править ]

Гидролиз неорганического пирофосфата (PPi) до двух ионов фосфата используется во многих биохимических путях, чтобы сделать реакции необратимыми. [18] Этот процесс очень эксергоничен (с учетом изменения свободной энергии примерно на -19 кДж ) и, следовательно, значительно увеличивает энергетическую привлекательность реакционной системы в сочетании с обычно менее благоприятной реакцией. [19]

Неорганическая пирофосфатаза катализирует эту реакцию гидролиза на ранних стадиях разложения липидов , что является ярким примером этого явления. Путь содействия быстрого гидролиза в пирофосфата (PPI), Неорганическая пирофосфатаза обеспечивает движущую силу для активации жирных кислот , предназначенных для беты - окисления . [19]

Перед тем как жирные кислоты , могут подвергаться деградации , чтобы выполнить метаболические потребности организма, они сначала должны быть активированы с помощью тиоэфирной связи с коэнзима А . Этот процесс катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой и происходит на внешней митохондриальной мембране . Эта активация осуществляется в две реакционные стадии: (1) жирная кислота реагирует с молекулой АТФ с образованием связанного с ферментом ациладенилата и пирофосфата (PPi), и (2) сульфгидрильная группа КоА атакует ациладенилат, образуя ацил-КоА и молекула АМФ. Каждая из этих двух стадий обратима в биологических условиях, за исключением дополнительного гидролиза PPi неорганической пирофосфатазой. [19] Этот сопряженный гидролиз обеспечивает движущую силу для общей реакции прямой активации и служит источником неорганического фосфата, используемого в других биологических процессах.

Эволюция [ править ]

Исследование прокариотических и эукариотических форм растворимой неорганической пирофосфатазы (sPPase, Pfam PF00719 ) показало, что они значительно различаются как по аминокислотной последовательности, так и по количеству остатков и олигомерной организации. Несмотря на различные структурные компоненты, недавняя работа на основе кинетических данных предполагает большую степень эволюционного сохранения структуры активного центра, а также механизма реакции . [20] Анализ приблизительно одного миллиона генетических последовательностей , взятых из организмов в Саргассовом мореидентифицировали последовательность из 57 остатков в областях, кодирующих перекачивающую протоны неорганическую пирофосфатазу (H + -PPase), которая, по-видимому, является высококонсервативной; эта область в основном состояла из четырех ранних аминокислотных остатков Gly , Ala , Val и Asp , что указывает на эволюционно древнее происхождение белка . [21]

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Гарольд FM (декабрь 1966 г.). «Неорганические полифосфаты в биологии: структура, метаболизм и функции» . Бактериологические обзоры . 30 (4): 772–94. DOI : 10.1128 / MMBR.30.4.772-794.1966 . PMC  441015 . PMID  5342521 .
  2. ^ Terkeltaub RA (июль 2001). «Образование и распределение неорганических пирофосфатов в патофизиологии». Американский журнал физиологии. Клеточная физиология . 281 (1): C1 – C11. DOI : 10.1152 / ajpcell.2001.281.1.C1 . PMID 11401820 . 
  3. ^ Orimo H, M Ohata, Fujita T (сентябрь 1971). «Роль неорганической пирофосфатазы в механизме действия паратироидного гормона и кальцитонина». Эндокринология . 89 (3): 852–8. DOI : 10,1210 / эндо-89-3-852 . PMID 4327778 . 
  4. Перейти ↑ Poole KE, Reeve J (декабрь 2005 г.). «Гормон паращитовидной железы - костный анаболический и катаболический агент». Текущее мнение в фармакологии . 5 (6): 612–7. DOI : 10.1016 / j.coph.2005.07.004 . PMID 16181808 . 
  5. ^ Нельсон, Дэвид Л .; Кокс, Майкл М. (2000). Принципы биохимии Ленингера, 3-е изд . Нью-Йорк: Издательство Worth. С.  937 . ISBN 1-57259-153-6.
  6. ^ Ко К., Ли W, Ю. JR, Ahnn J (ноябрь 2007). «PYP-1, неорганическая пирофосфатаза, необходима для развития личинок и функции кишечника C. elegans» . Письма FEBS . 581 (28): 5445–53. DOI : 10.1016 / j.febslet.2007.10.047 . PMID 17981157 . S2CID 40325661 .  
  7. ^ Usui Y, Uematsu T, Uchihashi T, Takahashi M, Takahashi M, Ishizuka M и др. (Май 2010 г.). «Неорганический полифосфат вызывает дифференцировку остеобластов». Журнал стоматологических исследований . 89 (5): 504–9. DOI : 10.1177 / 0022034510363096 . PMID 20332330 . S2CID 44916855 .  
  8. ^ Перес-Castiñeira JR, Lopez-Marques RL, Villalba JM, Losada M, Serrano A (декабрь 2002). «Функциональное дополнение цитозольной пирофосфатазы дрожжей бактериальными и растительными H + -транслокационными пирофосфатазами» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 99 (25): 15914–9. Bibcode : 2002PNAS ... 9915914P . DOI : 10.1073 / pnas.242625399 . ЛВП : 11441/26079 . PMC 138539 . PMID 12451180 .  
  9. ^ Baltscheffsky M, Schultz A, Baltscheffsky H (сентябрь 1999). «H + -PPases: прочно связанное с мембраной семейство». FEBS Lett . 457 (3): 527–33. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (99) 90617-8 . PMID 10523139 . S2CID 12452334 .  
  10. ^ Тепляки А, Obmolova О, Уилсон К. С., Ишие К, Кадзи Н, Самедзим Т, Куранов я (июль 1994 года). «Кристаллическая структура неорганической пирофосфатазы из Thermus thermophilus» . Белковая наука . 3 (7): 1098–107. DOI : 10.1002 / pro.5560030713 . PMC 2142889 . PMID 7920256 .  
  11. ^ Fairchild TA, Patejunas G (октябрь 1999). «Клонирование и профиль экспрессии неорганической пирофосфатазы человека». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура и экспрессия гена . 1447 (2–3): 133–6. DOI : 10.1016 / s0167-4781 (99) 00175-х . PMID 10542310 . 
  12. ^ Макалпайн PJ, Мохандас Т, Рэй М, Ван Н, Хамертон ДЛ (1976). «Отнесение локуса гена неорганической пирофосфатазы (PP) к 10-й хромосоме человека». Цитогенетика и клеточная генетика . 16 (1–5): 201–3. DOI : 10.1159 / 000130590 . PMID 975879 . 
  13. ^ «Пирофосфатаза PPA2 (неорганическая) 2 [Homo sapiens (человек)]» . NCBI Gene .
  14. ^ a b Ян Л., Ляо Р.З., Ю. Дж. Г., Лю Р.З. (май 2009 г.). «Исследование DFT механизма неорганической пирофосфатазы Escherichia coli». Журнал физической химии B . 113 (18): 6505–10. DOI : 10.1021 / jp810003w . PMID 19366250 . 
  15. ^ Ситник Т.С., Avaeva SM (январь 2007). «Связывание субстрата с эффекторным сайтом пирофосфатазы увеличивает скорость его гидролиза в активном центре». Биохимия. Биохимия . 72 (1): 68–76. DOI : 10.1134 / s0006297907010087 . PMID 17309439 . S2CID 19512830 .  
  16. ^ Родина Е.В., Воробьева Н.Н., Курилова С.А., Belenikin М.С., Федорова Н.В., Назарова Т.И. (январь 2007). «АТФ как эффектор неорганической пирофосфатазы Escherichia coli. Идентификация сайта связывания АТФ». Биохимия. Биохимия . 72 (1): 93–9. DOI : 10.1134 / s0006297907010117 . PMID 17309442 . S2CID 21045503 .  
  17. ^ Смирнова И.Н., Байков А.А. (октябрь 1983). «[Двухступенчатый механизм фторидного ингибирования неорганической пирофосфатазы с использованием фторид-иона]». Биохимия . 48 (10): 1643–53. PMID 6139128 . 
  18. Перейти ↑ Takahashi K, Inuzuka M, Ingi T (декабрь 2004 г.). «Передача клеточных сигналов, опосредованная кальфоглином-индуцированной активацией IPP и PGM». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 325 (1): 203–14. DOI : 10.1016 / j.bbrc.2004.10.021 . PMID 15522220 . 
  19. ^ a b c Карман GM, Хан GS (декабрь 2006 г.). «Роль ферментов фосфатидатфосфатазы в метаболизме липидов» . Направления биохимических наук . 31 (12): 694–9. DOI : 10.1016 / j.tibs.2006.10.003 . PMC 1769311 . PMID 17079146 .  
  20. ^ Куперман Б. С., Байков А. А., Lahti R (июль 1992). «Эволюционное сохранение активного центра растворимой неорганической пирофосфатазы». Направления биохимических наук . 17 (7): 262–6. DOI : 10.1016 / 0968-0004 (92) 90406-у . PMID 1323891 . 
  21. ^ Хедлунд Дж, Кантони R, Baltscheffsky М, Baltscheffsky Н, Перссон Б (ноябрь 2006 года). «Анализ древних мотивов последовательности в семействе H-PPase» . Журнал FEBS . 273 (22): 5183–93. DOI : 10.1111 / j.1742-4658.2006.05514.x . PMID 17054711 . S2CID 5718374 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • пирофосфатазы в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Бейли К., Уэбб EC (1944). «Очистка и свойства дрожжевой пирофосфатазы» . Биохимический журнал . 38 (5): 394–8. DOI : 10.1042 / bj0380394 . PMC  1258115 . PMID  16747821 .
  • Куниц М (январь 1952 г.). «Кристаллическая неорганическая пирофосфатаза, выделенная из пекарских дрожжей» . Журнал общей физиологии . 35 (3): 423–50. DOI : 10,1085 / jgp.35.3.423 . PMC  2147340 . PMID  14898026 .
  • Сарафян В., Ким И., Пул Р.Дж., Реа, штат Пенсильвания (март 1992 г.). «Молекулярное клонирование и последовательность кДНК, кодирующая пирофосфат-активированный вакуумный мембранный протонный насос Arabidopsis thaliana» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 89 (5): 1775–9. Bibcode : 1992PNAS ... 89.1775S . DOI : 10.1073 / pnas.89.5.1775 . PMC  48535 . PMID  1311852 .
  • Дроздович Ю.М., Лу Ю.П., Патель В., Фитц-Гиббон ​​С., Миллер Дж. Х., Реа П.А. (ноябрь 1999 г.). «Термостабильная мембранная пирофосфатаза вакуолярного типа из архея Pyrobaculum aerophilum: значение для происхождения насосов с пирофосфатом». Письма FEBS . 460 (3): 505–12. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (99) 01404-0 . PMID  10556526 . S2CID  44664144 .