Geranyltranstransferáza - Geranyltranstransferase

geranyltranstransferáza
Identifikátory
EC číslo2.5.1.10
Číslo CAS37277-79-5
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

v enzymologie, a geranyltranstransferáza (ES 2.5.1.10 ) je enzym že katalyzuje the chemická reakce

geranyldifosfát + isopentenyldifosfát difosfát + trans, trans-farnesyl difosfát

Tedy dva substráty tohoto enzymu jsou geranyldifosfát (10 prekurzor uhlíku) a isopentenyl difosfát (prekurzor 5 uhlíků), zatímco jeho dva produkty jsou difosfát a trans, trans-farnesyl difosfát (produkt s 15 uhlíky).[1]

Tento enzym patří do rodiny transferázy, konkrétně ty, které přenášejí arylové nebo alkylové skupiny jiné než methylové skupiny.

Nomenklatura

The systematické jméno z této třídy enzymů je geranyl-difosfát: isopentenyl-difosfát, geranyltranstransferáza. Mezi další běžně používaná jména patří:

  • farnesyl-difosfát syntáza
  • geranyl transferáza I
  • prenyltransferáza
  • farnesylpyrofosfát syntetáza
  • farnesylpyrofosfát syntetáza

Mezi běžné zkratky patří: FPS, FDS, FPPS a FDPS.

Struktura

Struktura a mechanismus farnesylpyrofosfát syntázy (FPPS), typu geranyltranstransferázy, je dobře charakterizován. FPPS je ~ 30 kDa Mg2+ závislý homodimerní enzym, který syntetizuje (E, E) -farnesylpyrofosfát postupně ze dvou ekvivalentů isopentenylpyrofosfát (IPP) a dimethylallylpyrofosfát (DMAPP).[2]

Krystalová struktura FPPS (PDB ID: 1RQI)
Krystalová struktura FPPS homodimeru s IPP a DMAPP analogem, DMSPP (PDB ID: 1RQI). Monomery jsou zobrazeny v purpurové a tmavě modré barvě. Zbytky v hydrofobní kapse jsou zvýrazněny žlutě. Základ kapsy tvoří zbytek v zelené barvě (fenylalanin). Struktura otočeného monomeru o 90 stupňů je zobrazena na obrázku Vložení 1 zvýrazněte hydrofobní kapsu. Pohled shora na aktivní web je zobrazen v Vložení 2 spolu s aspartátem zprostředkovaným trinukleárním Mg2+ (stříbrné koule) katalytické centrum.[2] Obrázky generované v PyMOL.

FPPS přijímá třívrstvou α-helikální skladovou charakteristiku mnoha prenyltransferáz s 11 helixy a flexibilními smyčkami mezi nimi. Centrálně umístěné šroubovice (α4 a a8) obsahují konzervované aspartátové motivy (DDXXD), které se účastní vazby na substrát a katalýzy.[3] Zbytky aspartátu motivu, vodní kyslíky a pyrofosfát koordinují tři Mg2+oktaedrickým způsobem. Trojjaderný Mg2+ Komplex je rozhodující pro vazbu DMAPP a stabilizaci pyrofosfátové odstupující skupiny, zatímco rostoucí uhlovodíkové ocasní klíny do hluboké hydrofobní kapsy.[2] Studie místně zaměřené mutageneze ukázaly, že konečná délka isoprenoidního produktu je určena objemnými zbytky (často fenyalaninem) na bázi hydrofobní kapsy.[4]

Mechanismus

Z krystalických struktur a kinetických testů se předpokládá, že FPPS katalyzuje kondenzační reakci ve třech společných krocích: (1) Ionizace, (2) Kondenzace a (3) Eliminace.[2]

V prvním kroku byly tři Mg2+stabilizovat aniontovou odstupující skupinu, pyrofosfát, na dimethylallylpyrofosfát (DMAPP). Ztráta pyrofosfátu tvoří allylickou karbokationtu na dimethylallylu. Ve druhém kroku reaktivní dvojná vazba C3-C5 v isopentylpyrofosfátu (IPP) nukleofilně napadá dříve vytvořenou dimethylallylkarbokation v kondenzační reakci 5-uhlík / 5-uhlík. Poslední krok zahrnuje pyrofosforečnan zadržovaný v trojjaderném Mg2+ centrum působící jako katalytická báze v eliminační reakci za vzniku geranylpyrofosfátu. Druhé po sobě jdoucí kolo ionizace geranylpyrofosfátu, kondenzace s IPP a eliminace tvoří farnesylpyrofosfát.[2][5]

Funkce

Geranyltranstransferázy jsou evolučně konzervativní třídou enzymů v Archaei, Bacteria a Eukarya, které se účastní široké škály biosyntetických drah, včetně cholesterol, porfyrin, karotenoidy, ubichinon, a isoprenoidy.[3] Různé studie lokalizovaly FPPS v chloroplastech, mitochondriích, cytosolu a peroxisomech.[6][7][8]

FPPS biosyntetické dráhy
FPPS, geranyltranstransferáza, katalyzuje reakce (zobrazené červenými šipkami) centrální vůči mnoha biosyntetickým drahám.[6]

Při syntéze cholesterolu se produkt, farnesylpyrofosfát, spotřebovává při redukční kondenzaci z jednoho konce na druhý s jiným farnesylpyrofosfátem za vzniku 30-uhlíkové sloučeniny zvané skvalen podle skvalen syntáza.[9] Prostřednictvím několika dalších biosyntetických kroků se skvalen transformuje na lanosterol, přímý předchůdce cholesterolu.[10] Zejména, steroly řídí expresi FPPS prostřednictvím dvou cis regulačních faktorů (invertovaný CAAT box a SRE-3) v proximálním promotoru FPPS.[11] V rostlinách představují porfyrin a karotenoidy doplňkové pigmenty, které pomáhají zachycovat světlo v fotosystémy. Ubichinon je klíčový elektronový nosič v elektronový transportní řetězec z buněčné dýchání. Isoprenoidy jsou velkou skupinou sloučenin, které slouží jako biosyntetické prekurzory lipidů a hormony.[6]

Farnesyl a geranylpyrofosfát také slouží jako prekurzory pro prenylované proteiny. Prenylace je běžný typ kovalentní posttranslační modifikace na C-terminálních CaaX motivech, které umožňují proteinům lokalizovat se na membrány nebo se navzájem vázat. Pozoruhodným příkladem je farnesylace malých G-proteinů včetně Ras, CDC42, Rho a Rac. Připojení hydrofobního alifatického řetězce, jako je řetězec přítomný ve farnesylových nebo geranylgeranylových skupinách, umožňuje malým G-proteinům uvázat se z membrán a vykonávat efektorové funkce.[12]

Cílení na drogy

FPPS je cílem bisfosfonátových léků, jako je Fosamax (alendronát ) a Actonel (risedronát ). Bisfosfonátové léky se běžně předepisují pro onemocnění kostí včetně Pagetova nemoc, osteolytické metastázy a postmenopauzální osteoporóza. Bisfosfonátová léčiva pomáhají udržovat kostní tkáň u pacientů s osteoporózou a snižují hladinu vápníku v krvi u pacientů s hyperkalcemií inhibicí FPPS v kostní reabsorpci osteoklasty. Ternární komplex FPPS-IPP-risendronát prokázal, že risendronát se váže na trojjaderný Mg2+ komplex a interaguje s hydrofobní kapsou podobným způsobem jako DMAPP.[2][13]

Reference

  1. ^ Lynen F, Agranoff BW, Eggerer H, Henning U, Möslein EM (1959). "Zur Biosynthese der Terpene. VI gamma, gamma-Dimethyl-allyl-pyrophosphat und Geranyl-pyrophosphat, biologische Vorstufen des Squalens". Angew. Chem. 71 (21): 657–663. doi:10,1002 / ange.19590712102.
  2. ^ A b C d E F Hosfield DJ, Zhang Y, Dougan DR, Broun A, Tari LW, Swanson RV, Finn J (březen 2004). „Strukturální základ pro inhibici biosyntézy izoprenoidů zprostředkovanou bisfosfonáty“. The Journal of Biological Chemistry. 279 (10): 8526–9. doi:10,1074 / jbc.C300511200. PMID  14672944.
  3. ^ A b Chen A, Kroon PA, Poulter CD (duben 1994). „Isoprenyldifosfát syntázy: srovnání proteinových sekvencí, fylogenetický strom a předpovědi sekundární struktury“. Věda o bílkovinách. 3 (4): 600–7. doi:10.1002 / pro.5560030408. PMC  2142870. PMID  8003978.
  4. ^ Tarshis LC, Proteau PJ, Kellogg BA, Sacchettini JC, Poulter CD (prosinec 1996). "Regulace délky produktového řetězce pomocí isoprenyldifosfát syntáz". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 93 (26): 15018–23. Bibcode:1996PNAS ... 9315018T. doi:10.1073 / pnas.93.26.15018. PMC  26348. PMID  8986756.
  5. ^ Tarshis LC, Yan M, Poulter CD, Sacchettini JC (září 1994). "Krystalová struktura rekombinantní farnesyl difosfát syntázy při rozlišení 2,6-A". Biochemie. 33 (36): 10871–7. doi:10.1021 / bi00202a004. PMID  8086404.
  6. ^ A b C Dhar MK, Koul A, Kaul S (leden 2013). „Farnesylpyrofosfát syntáza: klíčový enzym v biosyntetické cestě isoprenoidů a potenciální molekulární cíl pro vývoj léčiv“. Nová biotechnologie. 30 (2): 114–23. doi:10.1016 / j.nbt.2012.07.001. PMID  22842101.
  7. ^ Sanmiya K, Ueno O, Matsuoka M, Yamamoto N (březen 1999). „Lokalizace farnesyl difosfát syntázy v chloroplastech“. Fyziologie rostlin a buněk. 40 (3): 348–54. doi:10.1093 / oxfordjournals.pcp.a029549. PMID  10353221.
  8. ^ Martín D, MD Piulachs, Cunillera N, Ferrer A, Bellés X (březen 2007). „Mitochondriální cílení farnesyl difosfát syntázy je u eukaryot rozšířeným jevem“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - výzkum molekulárních buněk. 1773 (3): 419–26. doi:10.1016 / j.bbamcr.2006.11.015. PMID  17198737.
  9. ^ Tansey TR, Shechter I (2001). "Skvalen syntáza: struktura a regulace". Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol. Pokrok ve výzkumu nukleových kyselin a molekulární biologie. 65: 157–95. doi:10.1016 / S0079-6603 (00) 65005-5. ISBN  9780125400657. PMID  11008488.
  10. ^ Liang PH, Ko TP, Wang AH (2002). "Struktura, mechanismus a funkce prenyltransferáz". Eur. J. Biochem. 269 (14): 3339–54. doi:10.1046 / j.1432-1033.2002.03014.x. PMID  12135472.
  11. ^ Ericsson J, Jackson SM, Edwards PA (říjen 1996). „Synergická vazba proteinu vázajícího regulační prvek na sterol a NF-Y na promotor farnesyl difosfát syntázy je rozhodující pro sterolem regulovanou expresi genu“. The Journal of Biological Chemistry. 271 (40): 24359–64. doi:10.1074 / jbc.271.40.24359. PMID  8798690.
  12. ^ Sebti SM (duben 2005). „Proteinová farnesylace: důsledky pro normální fyziologii, maligní transformaci a léčbu rakoviny“. Rakovinová buňka. 7 (4): 297–300. doi:10.1016 / j.ccr.2005.04.005. PMID  15837619.
  13. ^ Guo RT, Cao R, Liang PH, Ko TP, Chang TH, Hudock MP, Jeng WY, Chen CK, Zhang Y, Song Y, Kuo CJ, Yin F, Oldfield E, Wang AH (červen 2007). „Bisfosfonáty cílí na více míst v cis- i trans-prenyltransferázách“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 104 (24): 10022–7. Bibcode:2007PNAS..10410022G. doi:10.1073 / pnas.0702254104. PMC  1877987. PMID  17535895.