Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с фосфопентозомеразы )
Перейти к навигации Перейти к поиску
рибозо-5-фосфат изомераза
Идентификаторы
ЕС нет.5.3.1.6
№ CAS9023-83-0
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

Рибозо-5-фосфат-изомераза ( Rpi ), кодируемая геном RPIA, представляет собой фермент, который катализирует превращение между рибозо-5-фосфатом (R5P) и рибулозо-5-фосфатом (Ru5P). Он является членом более крупного класса изомераз, которые катализируют взаимное превращение химических изомеров (в данном случае структурных изомеров пентозы ). Он играет жизненно важную роль в биохимическом метаболизме пентозофосфатного пути и цикла Кальвина . Систематическое название данного фермента класса Д-рибоза-5-фосфат-альдозы кетоза-изомеразы .

Структура [ править ]

Джин [ править ]

RpiA у человека кодируется на второй хромосоме короткого плеча (р-плечо) в позиции 11.2. Его кодирующая последовательность составляет около 60 000 пар оснований. [1] Единственная известная встречающаяся в природе генетическая мутация приводит к дефициту рибозо-5-фосфат-изомеразы , что обсуждается ниже. Считается, что фермент присутствовал на протяжении большей части эволюционной истории. Нокаут-эксперименты, проведенные с генами различных видов, предназначенными для кодирования RpiA, показали аналогичные консервативные остатки и структурные мотивы, указывающие на древнее происхождение гена.[2]

Белок [ править ]

Структурная схема фермента рибозо-5-фосфат-изомеразы Zhang, et al.

Rpi существует в виде двух разных белков, называемых RpiA и RpiB. Хотя RpiA и RpiB катализируют одну и ту же реакцию, они не показывают последовательности или общей структурной гомологии . Согласно Jung et al. [3] оценка RpiA с помощью SDS-PAGE показывает, что фермент представляет собой гомодимер субъединиц 25 кДа. Молекулярная масса димера RpiA составила 49 кДа [3] методом гель-фильтрации . Недавно была определена кристаллическая структура RpiA. (см. http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/97516673/PDFSTAR )

Благодаря своей роли в пентозофосфатном пути и цикле Кальвина , RpiA высоко консервативен в большинстве организмов, таких как бактерии, растения и животные. RpiA играет важную роль в метаболизме растений и животных, поскольку он участвует в цикле Кальвина, который имеет место у растений, и в пентозофосфатном пути, который имеет место как у растений, так и у животных.

Все ортологи фермента поддерживают асимметричную четвертичную структуру тетрамера с щелью, содержащей активный центр. Каждая субъединица состоит из пятицепочечного β-листа. Эти β-листы с обеих сторон окружены α-спиралями. [4] Этот мотив αβα не редкость в других белках, что предполагает возможную гомологию с другими ферментами. [5]Отдельные молекулы фермента удерживаются вместе высокополярными контактами на внешних поверхностях мономеров. Предполагается, что активный сайт расположен там, где несколько С-концов β-складок сходятся в ферментативной щели. Эта щель способна закрыться при распознавании фосфата на пентозе (или подходящем ингибиторе фосфата). Известно, что активный сайт содержит консервативные остатки, эквивалентные остаткам Asp81, Asp84 и Lys94 E. coli. Они непосредственно участвуют в катализе. [6]

Механизм [ править ]

Общим следствием реакции является перемещение карбонильной группы от углерода номер 1 к углероду номер 2; это достигается реакцией, протекающей через промежуточное соединение ендиола (рис. 1). [6] Посредством сайт-направленного мутагенеза Asp87 RpiA шпината, как предполагается, играет роль общего основания во взаимном превращении R5P в Ru5P. [7]

Первым шагом в катализе является закрепление пентозы в активном центре ферментативной щели с последующим аллостерическим закрытием щели. Фермент способен связываться с открытой или кольцевой формой фосфата сахара. Если он связывает фуранозное кольцо, он затем разрывает кольцо. Затем фермент образует энельдиол, который стабилизируется остатком лизина или аргинина . [6] [8] Расчеты показали, что эта стабилизация является наиболее значительным вкладом в общую каталитическую активность этой изомеразы и ряда других подобных ей. [9]

Функция [ править ]

Белок, кодируемый геном RPIA, представляет собой фермент, который катализирует обратимое превращение между рибозо-5-фосфатом и рибулозо-5-фосфатом в пентозофосфатном пути . Этот ген очень консервативен у большинства организмов. Фермент играет важную роль в углеводном обмене . Мутации в этом гене вызывают дефицит рибозо-5-фосфат-изомеразы . Псевдоген находится на хромосоме 18 . [10]

Пентозофосфатный путь [ править ]

В неокислительной части пентозофосфатного пути RPIA превращает Ru5P в R5P, который затем превращается рибулозо-фосфат-3-эпимеразой в ксилулозо-5-фосфат (рис. 3). [11] Конечным результатом реакции по существу является превращение пентозофосфатов в промежуточные продукты, используемые в гликолитическом пути. В окислительной части пентозофосфатного пути RpiA превращает Ru5P в конечный продукт R5P посредством реакции изомеризации (рис. 3). Окислительная ветвь пути является основным источником НАДФН, который необходим для биосинтетических реакций и защиты от активных форм кислорода. [12]

Цикл Кальвина [ править ]

В цикле Кальвина энергия переносчиков электронов используется для фиксации углерода, преобразования углекислого газа и воды в углеводы. RPIA играет важную роль в цикле, поскольку Ru5P, образующийся из R5P, впоследствии превращается в рибулозо-1,5-бисфосфат (RuBP), акцептор диоксида углерода в первой темновой реакции фотосинтеза (Рисунок 3). [13] Прямым продуктом реакции карбоксилазы RuBP является глицеральдегид-3-фосфат ; впоследствии они используются для производства более крупных углеводов. [14] Глицеральдегид-3-фосфат превращается в глюкозу, которая позже превращается в растениях в запасные формы (например, крахмал или целлюлозу) или используется для получения энергии. [15]

Клиническое значение [ править ]

Дефицит рибозо-5-фосфат-изомеразы мутирует в редкое заболевание, дефицит рибозо-5-фосфат-изомеразы . Заболевание зарегистрировано только у одного пациента, которому был поставлен диагноз в 1999 году. [16] Было обнаружено, что оно вызвано комбинацией двух мутаций. Первый - это вставка преждевременного стоп-кодона в ген, кодирующий изомеразу, а второй - миссенс-мутация . Молекулярная патология пока не ясна. [17]

RpiA и гепатоканцерогенез [ править ]

Человеческая рибозо-5-фосфат-изомераза A (RpiA) играет роль в гепатоцеллюлярной карциноме человека (HCC). [18] Значительное увеличение экспрессии RpiA было обнаружено как в биоптатах опухолей пациентов с ГЦК, так и в тканях рака печени . Важно отметить, что клинико-патологический анализ показал, что уровни мРНК RpiA сильно коррелировали с клинической стадией, степенью, размером опухоли, типами, инвазией и уровнями альфа-фетопротеина у пациентов с ГЦК. Кроме того, способность RpiA регулировать пролиферацию клеток и образование колоний в различных линиях клеток рака печени требовала передачи сигналов ERK, а также негативной модуляции PP2A.активность и что эффекты RpiA можно модулировать добавлением либо ингибитора PP2A, либо активатора. Это предполагает, что сверхэкспрессия RpiA может вызывать онкогенез при ГЦК. [19]

RpiA и малярийный паразит [ править ]

RpiA привлек внимание, когда было обнаружено, что этот фермент играет важную роль в патогенезе паразита Plasmodium falciparum , возбудителя малярии . Клетки плазмодия крайне нуждаются в большом количестве восстанавливающей силы НАДФН через PPP, чтобы поддерживать их быстрый рост. Потребность в НАДФН также требуется для детоксикации гема , продукта распада гемоглобина . [20] Кроме того, Plasmodium остро нуждается в продукции нуклеиновых кислот, чтобы поддерживать его быстрое размножение. R5P, продуцируемый за счет повышенной активности пентозофосфатного пути, используется для образования 5-фосфо-D-рибоза-α-1-пирофосфата (PRPP), необходимого длясинтез нуклеиновых кислот . Было показано, что концентрации PRPP увеличиваются в 56 раз в инфицированных эритроцитах по сравнению с неинфицированными эритроцитами. [17] Следовательно, разработка лекарств, нацеленных на RpiA в Plasmodium falciparum, может иметь терапевтический потенциал для пациентов, страдающих малярией.

Взаимодействия [ править ]

Было показано, что RPIA взаимодействует с PP2A . [19]

Структурные исследования [ править ]

По состоянию на конец 2007 г. было решено 15 структур для этого класса ферментов с кодами доступа PDB 1LK5 , 1LK7 , 1LKZ , 1M0S , 1NN4 , 1O1X , 1O8B , 1UJ4 , 1UJ5 , 1UJ6 , 1USL , 1XTZ , 2BES , 2BET и 2F8M. .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Национальная медицинская библиотека США http://ghr.nlm.nih.gov/gene/RPIA
  2. Перейти ↑ Sørensen KI, Hove-Jensen B (февраль 1996 г.). «Катаболизм рибозы Escherichia coli: характеристика гена rpiB, кодирующего рибозофосфатизомеразу B, и гена rpiR, который участвует в регуляции экспрессии rpiB» . Журнал бактериологии . 178 (4): 1003–11. DOI : 10.1128 / jb.178.4.1003-1011.1996 . PMC  177759 . PMID  8576032 .
  3. ^ a b Jung CH, Hartman FC, Lu TY, Larimer FW (январь 2000 г.). «D-рибозо-5-фосфат-изомераза из шпината: гетерологичная сверхэкспрессия, очистка, характеристика и сайт-направленный мутагенез рекомбинантного фермента» . Архивы биохимии и биофизики . 373 (2): 409–17. DOI : 10.1006 / abbi.1999.1554 . PMID 10620366 . S2CID 13217828 .  
  4. ↑ Zhang RG, Andersson CE, Skarina T, Evdokimova E, Edwards AM, Joachimiak A, Savchenko A, Mowbray SL (октябрь 2003 г.). «Структура с разрешением 2,2 Å RpiB / AlsB из Escherichia coli иллюстрирует новый подход к реакции рибозо-5-фосфат-изомеразы» . Журнал молекулярной биологии . 332 (5): 1083–94. DOI : 10.1016 / j.jmb.2003.08.009 . PMC 2792017 . PMID 14499611 .  
  5. ^ Rossmann MG, Moras D, Olsen KW (июль 1974). «Химическая и биологическая эволюция нуклеотид-связывающего белка». Природа . 250 (463): 194–9. Bibcode : 1974Natur.250..194R . DOI : 10.1038 / 250194a0 . PMID 4368490 . S2CID 4273028 .  
  6. ^ a b c Чжан Р., Андерссон CE, Савченко А., Скарина Т., Евдокимова Е., Бизли С., Эроусмит С.Х., Эдвардс А.М., Иоахимиак А., Моубрей С.Л. (январь 2003 г.). «Структура рибозо-5-фосфат-изомеразы Escherichia coli: широко распространенный фермент пентозофосфатного пути и цикла Кальвина» . Структура . 11 (1): 31–42. DOI : 10.1016 / S0969-2126 (02) 00933-4 . PMC 2792023 . PMID 12517338 .  
  7. ^ Gengenbacher M, Фицпатрик TB, Raschle T, Flicker K, Sinning I, Müller S, Macheroux P, Тевс I, Kappes B (февраль 2006). «Биосинтез витамина B6 малярийным паразитом Plasmodium falciparum: биохимические и структурные сведения» . Журнал биологической химии . 281 (6): 3633–41. DOI : 10.1074 / jbc.M508696200 . PMID 16339145 . 
  8. ^ Вудрафф, Уильям В .; Вольфенден, Ричард (18 июля 1978 г.). «Ингибирование рибозо-5-фосфата 4-фосфоэритронатом» . Журнал биологической химии . 254 (13) . Проверено 6 марта 2013 года .
  9. ^ Feierberg I, Åqvist (2002). «Компьютерное моделирование ферментативных реакций изомеризации кето-енола». Счета теоретической химии . 108 (2): 71–84. DOI : 10.1007 / s00214-002-0365-7 . S2CID 95097042 . 
  10. ^ "Entrez Gene: RPIA рибозо-5-фосфатизомераза A" .
  11. ^ Берг, Джереми М. (2012). Биохимия . Нью-Йорк: WH Freeman and Company. ISBN 978-1-4292-2936-4.
  12. ^ Struzyńska L, M Chalimoniuk, Sulkowski G (сентябрь 2005). «Роль астроглии в мозге взрослых крыс, подвергшихся воздействию свинца, в отношении токсичности глутамата». Токсикология . 212 (2–3): 185–94. DOI : 10.1016 / j.tox.2005.04.013 . PMID 15955607 . 
  13. ^ Мартин Вт, Хензы К, Келлерман Дж, Flechner А, С Шнарренбергер (февраль 1996 г.). «Микросеквенирование и клонирование кДНК цикла Кальвина / фермента OPPP рибозо-5-фосфат-изомеразы (EC 5.3.1.6) из хлоропластов шпината». Молекулярная биология растений . 30 (4): 795–805. DOI : 10.1007 / BF00019012 . PMID 8624410 . S2CID 4218453 .  
  14. ^ А. А. Бенсон; JA Bassham; М. Кальвин; TC Goodale; В.А. Хаас; В. Степка (1950). "Путь углерода в фотосинтезе. V. Хроматография бумаги и радиоавтография продуктов1" . Журнал Американского химического общества . 72 (4): 1710–1718. DOI : 10.1021 / ja01160a080 .
  15. ^ Нельсон, Дэвид Л. (2005). Принципы биохимии . Нью-Йорк: WH Freeman and Company. ISBN 0-7167-4339-6.
  16. ^ a b Huck JH, Verhoeven NM, Struys EA, Salomons GS, Jakobs C, van der Knaap MS (апрель 2004 г.). «Дефицит рибозо-5-фосфат-изомеразы: новая врожденная ошибка пентозофосфатного пути, связанная с медленно прогрессирующей лейкоэнцефалопатией» . Американский журнал генетики человека . 74 (4): 745–51. DOI : 10.1086 / 383204 . PMC 1181951 . PMID 14988808 .  
  17. ^ Riganti C, Gazzano E, Полимени M, Aldieri E, Гиго D (август 2012). «Путь пентозофосфата: антиоксидантная защита и перекресток в судьбе опухолевых клеток». Свободная радикальная биология и медицина . 53 (3): 421–36. DOI : 10.1016 / j.freeradbiomed.2012.05.006 . PMID 22580150 . 
  18. ^ a b Ciou SC, Chou YT, Liu YL, Nieh YC, Lu JW, Huang SF, Chou YT, Cheng LH, Lo JF, Chen MJ, Yang MC, Yuh CH, Wang HD (июль 2015 г.). «Рибозо-5-фосфатизомераза А регулирует гепатоканцерогенез посредством передачи сигналов PP2A и ERK» . Международный журнал рака . 137 (1): 104–15. DOI : 10.1002 / ijc.29361 . PMID 25429733 . 
  19. ^ Becker K, S Rahlfs, никель C, Ширмеру RH (апрель 2003). «Глутатион - функции и метаболизм малярийного паразита Plasmodium falciparum». Биологическая химия . 384 (4): 551–66. DOI : 10.1515 / BC.2003.063 . PMID 12751785 . S2CID 20083367 .  
  • Диккенс Ф., Уильямсон Д.Х. (ноябрь 1956 г.). «Пентозофосфат изомераза и эпимераза из тканей животных» . Биохимический журнал . 64 (3): 567–78. DOI : 10.1042 / bj0640567 . PMC  1199776 . PMID  13373810 .
  • Horecker BL, Smyrniotis PZ, Seegmiller JE (ноябрь 1951). «Ферментативное превращение 6-фосфоглюконата в рибулозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат». Журнал биологической химии . 193 (1): 383–96. PMID  14907726 .
  • Hurwitz J, Weissbach A, Horecker BL, Smyrniotis PZ (февраль 1956 г.). «Фосфорибулокиназа шпината». Журнал биологической химии . 218 (2): 769–83. PMID  13295229 .