Systém štěpení glycinem - Glycine cleavage system
| H-protein štěpící glycin | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 rafinované struktury při 2 angstromech a 2,2 angstromech dvou forem h-proteinu, proteinu obsahujícího lipoamid glycin dekarboxylázy | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| Symbol | GCV_H | ||||||||
| Pfam | PF01597 | ||||||||
| Pfam klan | CL0105 | ||||||||
| InterPro | IPR002930 | ||||||||
| SCOP2 | 1 hpp / Rozsah / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| T-protein štěpící glycin, doména vázající folát aminomethyltransferázy | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 krystalová struktura složky systému štěpení glycinem: t-protein z pyrococcus horikoshii ot3 při rozlišení 1,5 a | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| Symbol | GCV_T | ||||||||
| Pfam | PF01571 | ||||||||
| Pfam klan | CL0289 | ||||||||
| InterPro | IPR006222 | ||||||||
| SCOP2 | 1pj5 / Rozsah / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| C-koncová hlavní doména T-proteinu štěpící glycin | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 krystalová struktura t-proteinu systému štěpení glycinem | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| Symbol | GCV_T_C | ||||||||
| Pfam | PF08669 | ||||||||
| InterPro | IPR013977 | ||||||||
| SCOP2 | 1pj5 / Rozsah / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
The systém štěpení glycinem (GCS) je také známý jako komplex glycin-dekarboxylázy nebo GDC. Systém je řada enzymů, které jsou spouštěny v reakci na vysoké koncentrace aminokyseliny glycin.[1] Stejná sada enzymů se někdy označuje jako glycinsyntáza, když běží v opačném směru za vzniku glycinu.[2] Systém štěpení glycinu se skládá ze čtyř proteinů: T-protein, P-protein, L-protein a H-protein. Netvoří stabilní komplex,[3] je tedy vhodnější jej nazvat „systémem“ místo „komplexem“. H-protein je zodpovědný za interakci se třemi dalšími proteiny a působí jako raketoplán pro některé z meziproduktů v glycinové dekarboxylaci.[2] U zvířat i rostlin je systém štěpení glycinu volně připojen k vnitřní membráně mitochondrií. Mutace v tomto enzymatickém systému jsou spojeny s glycinová encefalopatie.[2]
Součásti
| název | EC číslo | Funkce |
|---|---|---|
| T-protein (GCST nebo AMT ) | ES 2.1.2.10 | aminomethyltransferáza |
| P-protein (GLDC ) | ES 1.4.4.2 | glycin dehydrogenáza (dekarboxylace) nebo jen glycin dehydrogenáza. |
| L-protein (GCSL nebo DLD ) | ES 1.8.1.4 | známé pod mnoha jmény, ale nejčastěji dihydrolipoyl dehydrogenáza |
| H-protein (GCSH ) | je upraven pomocí kyselina lipoová a interaguje se všemi ostatními složkami v cyklu reduktivní methylaminace (katalyzovaná P-proteinem), přenosu methylaminu (katalyzovaná T-proteinem) a přenosu elektronů (katalyzovaná L-proteinem).[3] |
Funkce
U rostlin, zvířat a bakterií systém štěpení glycinem katalyzuje následující reverzibilní reakci:
- Glycin + H4folát + NAD+ ↔ 5,10-methylen-H4folát + CO2 + NH3 + NADH + H+
Při enzymatické reakci aktivuje H-protein P-protein, který katalyzuje dekarboxylace glycinu a naváže mezilehlou molekulu na H-protein, který má být dopraven na T-protein.[4][5] H-protein tvoří komplex s T-proteinem, který používá tetrahydrofolát a výnosy amoniak a 5,10-methylenetetrahydrofolát. Po interakci s T-proteinem zůstávají H-proteiny se dvěma plně redukovanými thiol skupiny v lipoát skupina.[6] Glycinový proteinový systém se regeneruje, když se H-protein oxiduje, aby regeneroval disulfidovou vazbu v aktivním místě interakcí s L-proteinem, což snižuje NAD+ do NADH a H+.
Při připojení k serin hydroxymethyltransferáza se celková reakce systému štěpení glycinem stává:
- 2 glycin + NAD+ + H2O → serin + CO2 + NH3 + NADH + H+
U lidí a většiny obratlovců je systém štěpení glycinem součástí nejvýznamnější dráhy katabolismu glycinu a serinu. To je z velké části způsobeno formací 5,10-methylenetetrahydrofolát, který je jedním z mála C1 dárci v biosyntéze.[2] V tomto případě může být methylová skupina odvozená z katabolismu glycinu přenesena na další klíčové molekuly, jako je puriny a methionin.
Tato reakce a rozšířením systém štěpení glycinem je nutná pro fotorespirace v C.3 rostliny. Systém štěpení glycinem přijímá glycin, který je vytvořen z nežádoucího vedlejšího produktu Calvinův cyklus a převede jej na serin který může znovu vstoupit do cyklu. Amoniak generovaný systémem štěpení glycinem je asimilován Glutamin syntetáza -Glutamin oxoglutarát aminotransferáza cyklu, ale stojí článek ATP a jeden NADPH. Výhodou je, že jeden CO2 se vyrábí pro každé dva O2 které jsou omylem přijaty buňkou a vytvářejí určitou hodnotu v jinak vyčerpávajícím cyklu energie. Společně proteiny zapojené do těchto reakcí obsahují přibližně polovinu proteinů mitochondrie z špenát a hrášek listy.[3] Systém štěpení glycinu je neustále přítomen v listech rostlin, ale v malém množství, dokud nejsou vystaveny světlu. Během špičkové fotosyntézy se koncentrace systému štěpení glycinem zvyšuje desetkrát.[7]
V anaerobních bakteriích Clostridium acidiurici, systém štěpení glycinem probíhá většinou ve směru syntézy glycinu. Zatímco syntéza glycinu prostřednictvím štěpného systému je možná z důvodu reverzibility celkové reakce, není u zvířat snadno viditelná.[8][9]
Klinický význam
Glycinová encefalopatie, známá také jako neketotická hyperglycinémie (NKH), je primární porucha systému štěpení glycinem, vyplývající ze snížené funkce systému štěpení glycinem, která způsobuje zvýšené hladiny glycinu v tělních tekutinách. Toto onemocnění bylo poprvé klinicky spojeno se systémem štěpení glycinem v roce 1969.[10] První studie prokázaly vysoké hladiny glycinu v krvi, moči a mozkomíšním moku. Počáteční výzkum pomocí uhlíkové značení vykazovaly snížené hladiny CO2 a produkce serinu v játrech, což ukazuje přímo na nedostatky štěpící reakce glycinu.[11] Další výzkum ukázal, že delece a mutace v 5 'oblasti P-proteinu jsou hlavními genetickými příčinami neketotické hyperglycinémie. .[12] Ve vzácnějších případech došlo k mutaci missense v genetickém kódu T-proteinu, která způsobila histidin v pozici 42, na kterou se má mutovat arginin Bylo také zjištěno, že vede k neketotické hypergycinemii. Tato specifická mutace přímo ovlivnila aktivní místo T-proteinu, což způsobilo sníženou účinnost systému štěpení glycinem.[13]
Viz také
Reference
- ^ Kikuchi G (červen 1973). "Systém štěpení glycinem: složení, reakční mechanismus a fyziologický význam". Mol. Buňka. Biochem. 1 (2): 169–87. doi:10.1007 / BF01659328. PMID 4585091.
- ^ A b C d Kikuchi G (2008). „Systém štěpení glycinem: mechanismus reakce, fyziologický význam a hyperglycinémie“. Proc. Jpn. Acad. Ser. B. Phys. Biol. Sci. 84 (7): 246–63. doi:10.2183 / pjab.84.246. PMC 3666648. PMID 18941301.
- ^ A b C Douce R, Bourguignon J, Neuburger M, Rébeillé F (duben 2001). "Systém glycin dekarboxylázy: fascinující komplex". Trends Plant Sci. 6 (4): 167–76. doi:10.1016 / S1360-1385 (01) 01892-1. PMID 11286922.
- ^ Fujiwara K, Okamura K, Motokawa Y (říjen 1979). "Vodíkový nosný protein z kuřecích jater. Čištění, charakterizace a role jeho protetické skupiny, kyseliny lipoové, v reakci štěpení glycinem". Oblouk. Biochem. Biophys. 197 (2): 454–462. doi:10.1016/0003-9861(79)90267-4. PMID 389161.
- ^ Pares S, Cohen-Addad C, Sicker L, Neuburger M, Douce R (květen 1994). "Stanovení rentgenové struktury při rozlišení 2,6 A˚ proteinu obsahujícího lipoáty. H-protein komplexu glycinu a decraboxylázy z listů hrachu". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 91 (11): 4850–3. doi:10.1073 / pnas.91.11.4850. PMC 43886. PMID 8197146.
- ^ Fujiwara K, Okamura-Ikeda K, Motokawa Y (září 1984). "Mechanismus reakce štěpení glycinem. Další charakterizace meziproduktu připojeného k H-proteinu a reakce katalyzované T-proteinem." J. Biol. Chem. 259 (17): 10664–8. PMID 6469978.
- ^ Oliver DJ, Neuburger M, Bourguignon J, Douce R (říjen 1990). „Interakce mezi složkovými enzymy komplexu glycin-dekarboxyláza-mutienzym“. Fyziologie rostlin. 94 (4): 833–839. doi:10,1104 / str. 94,2,833. PMC 1077305. PMID 16667785.
- ^ Gariboldi RT, Drake HL (květen 1984). „Glycinsyntáza purinolytické bakterie Clostridium acidiurici. Čištění systému výměny glycin-CO2“. J. Biol. Chem. 259 (10): 6085–6089. PMID 6427207.
- ^ Kikuchi G, Hiraga K (červen 1982). „Systém štěpení mitochondriálních glycinů. Jedinečné rysy dekarboxylace glycinu“. Mol. Buňka. Biochem. 45 (3): 137–49. doi:10.1007 / bf00230082. PMID 6750353.
- ^ Yoshida T, Kikuchi G, Tada K, Narisawa K, Arakawa T (květen 1969). "Fyziologický význam systému štěpení glycinem v lidských játrech, jak vyplývá ze studie hyperglycinémie". Biochem. Biophys. Res. Commun. 35 (4): 577–83. doi:10.1016 / 0006-291x (69) 90387-8. PMID 5788511.
- ^ Hayasaka K, Tada K, Fueki N, Nakamura Y (červen 1987). „Nonketotic hyperglycinemia: analyzes of glycine štěpný systém v typických a atypických případech“. J. Pediatr. 110 (6): 873–7. doi:10.1016 / S0022-3476 (87) 80399-2. PMID 3585602.
- ^ Kanno J, Hutchin T, Kamada F, Narisawa A, Aoki Y, Matsubara Y, Kure S (březen 2007). „Genomická delece v GLDC je hlavní příčinou neketotické hyperglycinémie“. Journal of Medical Genetics. 44 (3): e69. doi:10.1136 / jmg.2006.043448. PMC 2598024. PMID 17361008.
- ^ Kure S, Mandel H, Rolland MO, Sakata Y (duben 1998). „Missense mutace (His42Arg) v genu T-proteinu z velké izraelsko-arabské rasy spřízněná s neketotickou hyperglycinemií“. Hučení. Genet. 102 (4): 430–4. doi:10,1007 / s004390050716. PMID 9600239.