Презентация субстрата - это биологический процесс, активирующий белок . Белок изолируется от своего субстрата, а затем активируется путем высвобождения и воздействия белка на его субстрат. [1] [2] субстрат , как правило , вещество , на котором фермент действует , но также может быть поверхностный белок , к которому лиганд связывается. Подложка - это материал, на который воздействуют. В случае взаимодействия с ферментом белок или органический субстрат обычно меняют химическую форму. Представление субстрата отличается от аллостерической регуляции тем, что ферменту не нужно изменять свою конформацию, чтобы начать катализ.
Типы
SARS-CoV-2
( Фурин ) (продуцирующая клетка, репликация). Когда клетки нагружены холестерином, фурин перемещается к липидным рафтам GM1, где он локализуется с пальмитоилированным белком-шипом SARS-CoV-2 и готовит его для проникновения вируса. [3]
( ACE2 ) (клетка-мишень, проникновение вируса), рецептор SARS-CoV-2 ACE2 передает SARS-CoV-2 липидным рафтам GM1, где он подвергается эндоцитозу и подвергается действию катепсина для расщепления и оптимального слияния клеток. [4] При низком уровне холестерина ACE2 передает вирус к TMPRSS2, который также расщепляет и обеспечивает проникновение вируса, но через поверхностный механизм, который намного менее эффективен. Считается, что чувствительность ACE2 к холестерину способствует менее серьезным симптомам COVID19 у детей.
Белок-предшественник амилоида
Белок-предшественник амилоида (АРР) расщепляется бета- и гамма-секретазой с образованием пептида из 40-42 аминокислот, ответственного за бета-амилоидные бляшки, связанные с болезнью Альцгеймера. Ферменты регулируются представлением субстрата. [5] Субстрат APP пальмитоилирован и перемещается внутрь и из липидных рафтов GM1 в ответ на холестерин астроцитов. Холестерин, доставляемый аполипопротеином E (ApoE), заставляет APP связываться с липидными рафтами GM1. Когда холестерин низкий, белок перемещается в неупорядоченную область и расщепляется альфа-секретазой с образованием неамилогенного продукта. Ферменты не реагируют на холестерин, перемещается только субстрат.
Гидрофобность способствует разделению молекул. В клетке это приводит к компартментализации внутри клетки и внутри клеточных мембран . Для липидных рафтов пальмитоилирование регулирует сродство рафтов к большинству интегральных белков рафтов. [6] Регулирование рафта регулируется сигнализацией холестерина .
Фосфолипаза D2
( PLD2 ) представляет собой четко определенный пример фермента, активируемого презентацией субстрата. [7] Фермент пальмитоилирован, что приводит к перемещению фермента в липидные домены GM1 или « липидные рафты ». Субстратом фосфолипазы D является фосфатидилхолин (PC), который является ненасыщенным и его мало в липидных рафтах. PC локализуется в неупорядоченной области клетки вместе с полиненасыщенным липидом фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом ( PIP2 ). PLD2 имеет связывающий домен PIP2 . Когда концентрация PIP2 в мембране увеличивается, PLD2 покидает домены GM1 и связывается с PIP2, где затем получает доступ к своему субстрату PC и начинает катализ на основе презентации субстрата. Предположительно, фермент способен катализировать реакцию в липидном рафте, но ему не хватает субстрата для активности.
Механизмы активации
секвестрация
Разделение фаз, эндометриоз , образование пузырьков , перенос органелл. Субстрат фермента может перемещаться. Движение обычно представляет собой нарушение опосредованной пальмитатом локализации . Для белков, которые одновременно являются пальмитоилированными и связывают PIP2, увеличение концентрации PIP2 способствует перемещению фермента из липидных рафтов в PIP2. PIP2 в первую очередь полиненасыщен, что заставляет липид локализоваться вдали от липидных рафтов и позволяет PIP2 противодействовать локализации, опосредованной пальмитатом. [8]
Регулирование
Холестерин
Холестерин и полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) регулируют образование липидных плотностей, следовательно, их биологическую функцию. Когда насыщенные липиды и холестерин увеличиваются в мембране, липидные рафты увеличивают свое сродство к пальмитоилированным белкам. [9] ПНЖК имеют противоположный эффект - они разжижают мембрану.
ПНЖК
ПНЖК могут также увеличивать концентрацию сигнальных липидов. Арахидоновая кислота, очень распространенная ПНЖК в головном мозге, включается в ПК. [10] Арахидонил PC является предпочтительным субстратом для PLD, вероятно, увеличивая количество PA в клетке. Регуляция функции рафта с помощью холестерина эффективно регулирует презентацию субстрата и многих пальмитоилированных белков, которые используют презентацию субстрата в качестве механизма активации. Хотя это предположение, глубокое влияние холестерина и ПНЖК на здоровье человека, вероятно, связано с физиологической регуляцией функции липидного рафта в клетках.
Роль в биологии
механочувствительность
Механическая сила (сдвиг или набухание) может независимо нарушить упаковку и результирующее сродство пальмитата к липидным плотам. Это нарушение также заставляет PLD2 благоприятствовать трафику в домены PIP2. [11]
анестезия
Общий анестетик пропофол и ингаляционные анестетики ксеон , хлороформ , изофлуран , диэтиловый эфир нарушают функцию липидного растра, включая опосредованную пальмитатом локализацию PLD2 на липидных рафтах. [12] [13] Активация PLD затем активирует каналы TREK-1. Мембранно-опосредованная активация PLD2 может быть передана нечувствительному к анестетикам гомологу TRAAK, разрывая канал, чувствительный к анестетикам.
Рекомендации
- ^ Петерсен, EN; Павел, Массачусетс; Wang, H; Хансен, SB (28 октября 2019 г.). «Нарушение опосредованной пальмитатом локализации; общий путь силы и анестезирующей активации каналов TREK-1» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 1862 (1): 183091. DOI : 10.1016 / j.bbamem.2019.183091 . PMC 6907892 . PMID 31672538 .
- ^ Робинсон, резюме; Рохач, Т; Хансен, SB (сентябрь 2019 г.). «Инструменты для понимания наноуровневой регуляции липидов ионных каналов» . Направления биохимических наук . 44 (9): 795–806. DOI : 10.1016 / j.tibs.2019.04.001 . PMC 6729126 . PMID 31060927 .
- ^ Ван, Хао; Юань, Цзысюань; Павел, Махмуд Ариф; Хансен, Скотт Б. (29 мая 2020 г.). «Роль высокого холестерина в возрастной летальности от COVID19» . bioRxiv : 2020.05.09.086249. DOI : 10.1101 / 2020.05.09.086249 .
- ^ Ван, Хао; Юань, Цзысюань; Павел, Махмуд Ариф; Хансен, Скотт Б. (29 мая 2020 г.). «Роль высокого холестерина в возрастной летальности от COVID19» . bioRxiv : 2020.05.09.086249. DOI : 10.1101 / 2020.05.09.086249 .
- ^ Ван, Хао; Кулас, Джошуа А .; Феррис, Хизер А .; Хансен, Скотт Б. (18 июня 2020 г.). «Регулирование амилоидного процессинга в нейронах холестерином, полученным из астроцитов» . bioRxiv : 2020.06.18.159632. DOI : 10.1101 / 2020.06.18.159632 .
- ^ Левенталь, I; Lingwood, D; Гржибек, М; Coskun, U; Саймонс, К. (21 декабря 2010 г.). «Пальмитоилирование регулирует сродство рафта к большинству интегральных белков рафта» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (51): 22050–4. Bibcode : 2010PNAS..10722050L . DOI : 10.1073 / pnas.1016184107 . PMC 3009825 . PMID 21131568 .
- ^ Петерсен, EN; Чанг, HW; Найебосадри, А; Хансен, С.Б. (15 декабря 2016 г.). «Кинетическое разрушение липидных рафтов является механосенсором фосфолипазы D.» Nature Communications . 7 : 13873. Bibcode : 2016NatCo ... 713873P . DOI : 10.1038 / ncomms13873 . PMC 5171650 . PMID 27976674 .
- ^ Хансен, С.Б. (май 2015 г.). «Липидный агонизм: парадигма PIP2 лиганд-управляемых ионных каналов» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - молекулярная и клеточная биология липидов . 1851 (5): 620–8. DOI : 10.1016 / j.bbalip.2015.01.011 . PMC 4540326 . PMID 25633344 .
- ^ Левенталь, I; Lingwood, D; Гржибек, М; Coskun, U; Саймонс, К. (21 декабря 2010 г.). «Пальмитоилирование регулирует сродство рафта к большинству интегральных белков рафта» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (51): 22050–4. Bibcode : 2010PNAS..10722050L . DOI : 10.1073 / pnas.1016184107 . PMID 21131568 .
- ^ Петерсен, Э. Николас; Гудхети, Манаса; Павел, Махмуд Ариф; Мерфи, Кейт Р .; Ja, Уильям В .; Йоргенсен, Эрик М .; Хансен, Скотт Б. (5 сентября 2019 г.). «Фосфолипаза D трансформирует силу в каналы TREK-1 в биологической мембране». bioRxiv 10.1101 / 758896 .
- ^ Петерсен, EN; Павел, Массачусетс; Wang, H; Хансен, SB (28 октября 2019 г.). «Нарушение опосредованной пальмитатом локализации; общий путь силы и анестезирующей активации каналов TREK-1» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 1862 (1): 183091. DOI : 10.1016 / j.bbamem.2019.183091 . PMC 6907892 . PMID 31672538 .
- ^ Петерсен, EN; Павел, Массачусетс; Wang, H; Хансен, SB (1 января 2020 г.). «Нарушение опосредованной пальмитатом локализации; общий путь силы и анестезирующей активации каналов TREK-1» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 1862 (1): 183091. DOI : 10.1016 / j.bbamem.2019.183091 . PMID 31672538 .
- ^ Павел, Махмуд Ариф; Петерсен, Э. Николас; Ван, Хао; Лернер, Ричард А .; Хансен, Скотт Б. (19 июня 2019 г.). «Исследования механизма мембранно-опосредованной общей анестезии». bioRxiv 10.1101 / 313973 .