Glyoxylát reduktáza - Glyoxylate reductase

Glyoxylátreduktáza
Krystalová struktura glyoxylátreduktázy.png
Krystalová struktura glyoxylát reduktázy komplexovaná s NADPH. Každá barva představuje monomer enzymu. Tento enzym byl izolován z hyperthermophilic archaeon, Pyrococcus horikoshii OT3.[1]Obrázek vytvořil PyMOL.
Identifikátory
EC číslo1.1.1.26
Číslo CAS9028-32-4
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Glyoxylát reduktáza (ES 1.1.1.26 ), nejprve izolován od špenát listy,[2] je enzym že katalyzuje snížení glyoxylát na glykolát, za použití kofaktor NADH nebo NADPH.

The systematické jméno této třídy enzymů je glykolát: NAD+ oxidoreduktáza. Mezi další běžně používaná jména patří NADH-glyoxylát reduktáza, reduktáza kyseliny glyoxylové, a NADH-dependentní glyoxylát reduktáza.

Struktura

Byla popsána krystalová struktura enzymu glyoxylát reduktázy z hypertermofilního archeonu Pyrococcus horiskoshii OT3.[1] Enzym existuje v dimerní formulář. Každý monomer má dva domén: substrát-vazebná doména kde se váže glyoxylát a doména vázající nukleotidy, kde se váže kofaktor NAD (P) H.

Mechanismus

Obrázek 2: Mechanismus pro přeměnu glyoxylátu a NAD (P) H na glykolát a NAD (P)+

Enzym katalyzuje přenos hydridu z NAD (P) H na glyoxylát, což způsobuje redukci substrátu na glykolát a oxidaci kofaktoru na NAD (P)+. Obrázek 2 ukazuje mechanismus této reakce.

Předpokládá se, že ti dva zbytky Glu270 a His288 jsou důležité pro katalytickou funkci enzymu, zatímco zbytek Arg241 je považován za důležitý pro specificitu substrátu.[1]

Funkce

Enzym glyoxylát reduktázy se lokalizuje do buněčné cytoplazmy v rostlinách. Jako kofaktor může používat NADPH i NADH, ale dává přednost NADPH. Enzymový substrát, glyoxylát, je a metabolit v fotorespirace rostlin, a vyrábí se v peroxisom. Glyoxylát je důležitý v rostlinné buňce, protože se může deaktivovat RUBISCO a inhibovat jeho aktivaci. Hladiny glyoxylátu jsou proto důležité při regulaci fotosyntéza.[3]

Enzym je považován za glyoxylát-glykolátový člun, který pomáhá při odstraňování přebytku snižování ekvivalentů z fotosyntézy. To podporují následující zjištění: (1) glykolát biosyntéza v chloroplasty je nejvyšší při nízkém CO2 (2) je enzym zcela specifický pro kofaktor NADPH, který je konečným produktem elektronový přenos v chloroplastech během fotosyntézy a (3) když jsou izolované chloroplasty vystaveny světlu, absorbují glyoxylát a redukují ho, ale neabsorbují glykolát.[4]

Vzhledem k vazbě mezi hladinami glyoxylátu a fotosyntézou znamená zvýšení hladin glyoxylátu, že rostlina je ve stresu. Jak se hladiny glyoxylátu stále zvyšují, mohou poškodit rostlinu tím, že (1) reagují s DNA, (2) oxidují membránové lipidy, (3) modifikují proteiny a (4) zvyšují transkripci genů souvisejících se stresem v rostlině. To zdůrazňuje důležitost glyoxylátreduktázy, protože pomáhá udržovat zdravé rostlinné buňky a detoxikuje buňku snížením hladiny glyoxylátu. Při nepřítomnosti enzymu mohou vedlejší účinky zvýšené aktivity glyoxylátu způsobit rostlině buněčné a vývojové problémy.[5]

Glyoxylát reduktáza může být použita jako nástroj pro studium fotorespiračního metabolismu uhlíku v listech rostlin. Tyto studie lze provádět pomocí acetohydroxamát a aminooxyacetát, u kterého bylo zjištěno, že inhibuje aktivitu glyoxylát reduktázy. Tyto inhibitory nejsou zcela specifické, ale poskytují plně reverzibilní inhibici enzymu a poskytují tak flexibilní nástroj pro metabolické studie v rostlinách.[6]

Relevance nemoci

Lidský protein, GRHPR Bylo zjištěno, že vykazuje obojí glyoxylát a hydroxypyruvát reduktáza činnosti. The Sekvence DNA tohoto proteinu je až o 30% podobná sekvenci hydroxypyruvátu a glyoxylátreduktáz nalezených u řady rostlinných a mikrobiálních druhů.[7]

GRHPR je důležitý protein v lidském těle, protože přeměňuje metabolický vedlejší produkt glyoxylát na méně reaktivní glykolát.[8] Snížená funkce enzymu způsobuje hromadění glyoxylátu v játrech a následně zvyšuje hladinu oxalátu v moči.[9]

Snížená funkce enzymu může být způsobena vzácně zdědil autosomálně recesivní[10] porucha známá jako primární hyperoxalurie typu II (PH2). Tento stav může způsobit nefrolitiáza (ledvinový kámen), nefrokalcinóza a selhání ledvin.[11][12]

Průmyslová relevance

Glyoxylátreduktáza používá NAD (P) H ke snížení an oxokyselina (glyoxylát) na jeho odpovídající a-hydroxykyselina (glykolát). Tato třída reakcí poskytuje příležitost pro syntézu chirální hydroxykyseliny. Tyto výrobky jsou předmětem zájmu syntéza farmaceutik, jako je sloučeniny proti obezitě a polosyntetické peniciliny.[13]

Vývoj

Glyoxylát je důležitou složkou glyoxylátový cyklus, varianta cyklus kyseliny citronové, čímž acetyl-CoA je převeden na sukcinát a pak další sacharidy v rostlinách, bakterie, protistů, a houby. Byly provedeny studie ke sledování genů pro enzymy glyoxylátového cyklu u zvířat. Studie ukázaly, že tyto geny jsou ve skutečnosti přítomny u zvířat, ale redistribuce genů naznačuje, že buď (1) tyto geny kódují jiné enzymy, které se účastní glyoxylátového cyklu, ale nejsou ortologický ke známým enzymům v cyklu, nebo (2) zvířata vyvinula novou funkci pro tyto enzymy, které je ještě třeba charakterizovat.[14]

Reference

  1. ^ A b C Yoshikawa S, Arai R, Kinoshita Y, Uchikubo-Kamo T, Wakamatsu T, Akasaka R, Masui R, Terada T, Kuramitsu S, Shirouzu M, Yokoyama S (březen 2007). "Struktura archeaální glyoxylátreduktázy z Pyrococcus horikoshii OT3 v komplexu s nikotinamidadeninindinukleotidfosfátem". Acta Crystallogr. D. 63 (Pt 3): 357–65. doi:10.1107 / S0907444906055442. PMID  17327673.
  2. ^ ZELITCH I (duben 1953). „Oxidace a redukce glykolových a glyoxylových kyselin v rostlinách. II. Glyoxylic acid reductase“. J. Biol. Chem. 201 (2): 719–26. PMID  13061410.
  3. ^ Givan CV, Kleczkowski LA (říjen 1992). „Enzymatická redukce glyoxylátu a hydroxypyruvátu v listech vyšších rostlin“. Plant Physiol. 100 (2): 552–6. doi:10.1104 / str. 100.2.552. PMC  1075593. PMID  16653027.
  4. ^ Tolbert NE, Yamazaki RK, Oeser A (říjen 1970). "Lokalizace a vlastnosti hydroxypyruvátu a glyoxylátreduktáz v částicích listového špenátu". J. Biol. Chem. 245 (19): 5129–36. PMID  4394164.
  5. ^ Allan WL, Clark SM, Hoover GJ, Shelp BJ (říjen 2009). „Role rostlinných glyoxylát reduktáz během stresu: hypotéza“. Biochem. J. 423 (1): 15–22. doi:10.1042 / BJ20090826. PMC  2762691. PMID  19740079.
  6. ^ Kleczkowski LA, Randall DD, Blevins DG (červenec 1987). „Inhibice špenátového listu NADPH (NADH) -glyoxylátreduktáza acetohydroxamátem, aminoooxyacetátem a glycidátem“. Plant Physiol. 84 (3): 619–23. doi:10,1104 / str. 84,3,619. PMC  1056639. PMID  16665491.
  7. ^ Rumsby G, Cregeen DP (září 1999). "Identifikace a exprese cDNA pro lidský hydroxypyruvát / glyoxylát reduktázu". Biochim. Biophys. Acta. 1446 (3): 383–8. doi:10.1016 / S0167-4781 (99) 00105-0. PMID  10524214.
  8. ^ Mdluli K, Booth MP, Brady RL, Rumsby G (prosinec 2005). „Předběžný popis vlastností rekombinantní lidské glyoxylát reduktázy (GRHPR), LDHA a LDHB s glyoxylátem a jejich potenciálních rolí v metabolismu“. Biochim. Biophys. Acta. 1753 (2): 209–16. doi:10.1016 / j.bbapap.2005.08.004. PMID  16198644.
  9. ^ Booth MP, Conners R, Rumsby G, Brady RL (červen 2006). "Strukturní základ substrátové specificity v lidské glyoxylát reduktáze / hydroxypyruvát reduktáze". J. Mol. Biol. 360 (1): 178–89. doi:10.1016 / j.jmb.2006.05.018. PMID  16756993.
  10. ^ Cregeen DP, Williams EL, Hulton S, Rumsby G (prosinec 2003). „Molekulární analýza genu pro glyoxylát reduktázu (GRHPR) a popis mutací, které jsou základem primární hyperoxalurie typu 2“. Hučení. Mutat. 22 (6): 497. doi:10,1002 / humu.9200. PMID  14635115. S2CID  39645821.
  11. ^ Cramer SD, Ferree PM, Lin K, Milliner DS, Holmes RP (říjen 1999). „Gen kódující hydroxypyruvát reduktázu (GRHPR) je mutován u pacientů s primární hyperoxalurií typu II“. Hučení. Mol. Genet. 8 (11): 2063–9. doi:10,1093 / hmg / 8.11.2063. PMID  10484776.
  12. ^ Lam CW, Yuen YP, Lai CK, Tong SF, Lau LK, Tong KL, Chan YW (prosinec 2001). „Nová mutace v genu GRHPR u čínského pacienta s primární hyperoxalurií typu 2 vyžadující transplantaci ledviny od žijícího dárce“. Dopoledne. J. Kidney Dis. 38 (6): 1307–10. doi:10.1053 / ajkd.2001.29229. PMID  11728965.
  13. ^ Hummel W, Kula MR (září 1989). "Dehydrogenázy pro syntézu chirálních sloučenin". Eur. J. Biochem. 184 (1): 1–13. doi:10.1111 / j.1432-1033.1989.tb14983.x. PMID  2673781.
  14. ^ Kondrashov FA, Koonin EV, Morgunov IG, Finogenova TV, Kondrashova MN (2006). „Vývoj enzymů glyoxylátového cyklu v Metazoa: důkazy o mnoha událostech horizontálního přenosu a tvorbě pseudogenu“. Biol. Přímo. 1: 31. doi:10.1186/1745-6150-1-31. PMC  1630690. PMID  17059607.