Anorganická pyrofosfatáza - Inorganic pyrophosphatase

anorganická pyrofosfatáza
Identifikátory
EC číslo3.6.1.1
Číslo CAS9024-82-2
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO
Rozpustná anorganická pyrofosfatáza
Anorganická pyrofosfatáza.png
Struktura rozpustné anorganické pyrofosfatázy, izolované z Thermococcus litoralis (PDB: 2PRD​).
Identifikátory
SymbolPyrofosfatáza
PfamPF00719
InterProIPR008162
STRÁNKAPS00387
KOCOUR2prd
SCOP22prd / Rozsah / SUPFAM
CDDcd00412
pyrofosfatáza (anorganická) 1
Identifikátory
SymbolPPA1
Alt. symbolyPP
Gen NCBI5464
HGNC9226
OMIM179030
RefSeqNM_021129
UniProtQ15181
Další údaje
MístoChr. 10 q11.1 - q24
pyrofosfatáza (anorganická) 2
Identifikátory
SymbolPPA2
Gen NCBI27068
HGNC28883
OMIM609988
RefSeqNM_176869
UniProtQ9H2U2
Další údaje
MístoChr. 4 q25

Anorganická pyrofosfatáza (nebo anorganická difosfatáza, PPáza) je enzym (ES 3.6.1.1 ), který katalyzuje přeměnu jednoho iontu z pyrofosfát na dva fosfát ionty.[1] To je velmi exergonický reakce, a proto mohou být spojeny s nepříznivými biochemickými transformacemi, aby se tyto transformace mohly dokončit.[2] Funkčnost tohoto enzym hraje v metabolismus lipidů (včetně syntézy a degradace lipidů), absorpce vápníku a tvorby kostí,[3][4] a syntéza DNA,[5] stejně jako ostatní biochemické transformace.[6][7]

Dva typy anorganická difosfatáza, velmi odlišné z hlediska obou aminokyselinová sekvence a struktura, byly dosud charakterizovány: rozpustný a transmembránový pyrofosfatázy čerpající protony (sPPázy a H (+) -PPázy, v uvedeném pořadí). sPPázy jsou všudypřítomné bílkoviny že hydrolyza pyrofosfát k uvolnění tepla, zatímco H+-PPázy, dosud neznámé v zvíře a plísňový buňky, spárujte energii PPi hydrolýza na proton pohyb napříč biologický membrány.[8][9]

Struktura

Tepelně stabilní rozpustná pyrofosfatáza byla izolována z extremophile Thermococcus litoralis. Trojrozměrná struktura byla stanovena pomocí rentgenová krystalografie, a bylo zjištěno, že se skládá ze dvou alfa-šroubovice, stejně jako antiparalelní Zavřeno beta-list. Forma anorganické pyrofosfatázy izolované z Thermococcus litoralis bylo zjištěno, že obsahuje celkem 174 aminokyselinové zbytky a mít hexamerický oligomerní organizace (obrázek 1).[10]

Lidé mají dva geny kódující pyrofosfatázu, PPA1 a PPA2.[11] PPA1 byl přidělen a genový lokus na člověka chromozom 10,[12] a PPA2 až chromozom 4.[13]

Mechanismus

Přesný mechanismus katalýza prostřednictvím anorganické pyrofosfatázy ve většině organismů zůstává nejistý, zaměřený na místo mutageneze studuje v Escherichia coli umožnily analýzu enzym Aktivní stránky a identifikace klíče aminokyseliny. Zejména tato analýza odhalila 17 zbytků, které mohou mít funkční význam katalýza.[14]

Další výzkum naznačuje, že protonace stav Asp67 je zodpovědný za modulaci reverzibility reakce v Escherichia coli. The karboxylát Ukázalo se, že funkční skupina tohoto zbytku provádí a nukleofilní útok na pyrofosfát Podklad když čtyři hořčík ionty jsou přítomny. Přímá koordinace s těmito čtyřmi hořčík ionty a vodíkové vazby Bylo prokázáno, že interakce s Arg43, Lys29 a Lys142 (všechny kladně nabité zbytky) ukotví substrát k Aktivní stránky. Čtyři hořčík ionty Rovněž se navrhuje, aby se podílely na stabilizaci EU trigonální bipyramid přechodový stav, což snižuje energetickou bariéru pro výše uvedené nukleofilní Záchvat.[14]

Několik studií také identifikovalo další substráty který může fungovat jako alosterický efektory. Zejména vazba pyrofosfát (PPi) do efektorového místa anorganické pyrofosfatázy zvyšuje její rychlost hydrolýza na Aktivní stránky.[15] ATP bylo také prokázáno, že funguje jako alosterický aktivátor v Escherichia coli,[16] zatímco fluorid Bylo prokázáno, že inhibuje hydrolýza z pyrofosfát v droždí.[17]

Biologická funkce a význam

Hydrolýza anorganických látek pyrofosfát (PPi) na dva fosfát ionty se využívají v mnoha biochemických drahách, aby byly reakce efektivně nevratné.[18] Tento proces je vysoce exergonický (odpovídá přibližně −19 kJ změně v energie zdarma ), a proto výrazně zvyšuje energetickou výhodnost reakčního systému ve spojení s typicky méně příznivou reakcí.[19]

Anorganická pyrofosfatáza to katalyzuje hydrolýza reakce v prvních krocích roku 2006 lipid degradace, prominentní příklad tohoto jevu. Propagací rychlého hydrolýza z pyrofosfát (PPi), anorganická pyrofosfatáza poskytuje hnací sílu pro aktivaci mastné kyseliny určeno pro beta oxidace.[19]

Před mastné kyseliny mohou podstoupit degradaci, aby splnily metabolické potřeby organismu, musí být nejprve aktivovány thioesterovou vazbou na koenzym A. Tento proces je katalyzován enzymem acyl CoA syntetáza, a vyskytuje se na vnější straně mitochondriální membrána. Tato aktivace se provádí ve dvou reaktivních krocích: (1) mastná kyselina reaguje s molekulou ATP za vzniku enzymově vázaného acyl adenylát a pyrofosfát (PPi) a (2) sulfhydrylová skupina CoA napadá acyladenylát a tvoří se acyl CoA a molekula AMP. Každý z těchto dvou kroků je za biologických podmínek reverzibilní, s výjimkou další hydrolýzy PPi anorganickou pyrofosfatázou.[19] Toto se spojilo hydrolýza poskytuje hnací sílu pro celkovou dopřednou aktivační reakci a slouží jako zdroj anorganický fosfát používané v jiných biologických procesech.

Vývoj

Zkoumání prokaryotický a eukaryotický formy rozpustné anorganické pyrofosfatázy (sPPáza, Pfam PF00719 ) ukázal, že se v obou případech výrazně liší aminokyselina sekvence, počet reziduí a oligomerní organizace. Navzdory rozdílným konstrukčním prvkům nedávné práce naznačují velkou míru evoluční zachování Aktivní stránky struktura stejně jako mechanismus reakce, na základě kinetický data.[20] Analýza přibližně jednoho milionu genetických sekvencí odebraných z organismy v Sargasové moře identifikovali sekvenci 57 zbytků v oblastech kódujících anorganická pyrofosfatáza čerpající protony (H+-PPase), která se jeví jako vysoce konzervovaná; tento region primárně sestával ze čtyř raných aminokyselina zbytky Gly, Ala, Val a Asp, což naznačuje evolučně starověký původ pro protein.[21]

Reference

  1. ^ Harold FM (prosinec 1966). „Anorganické polyfosfáty v biologii: struktura, metabolismus a funkce“. Bakteriologické recenze. 30 (4): 772–94. doi:10.1128 / MMBR.30.4.772-794.1966. PMC  441015. PMID  5342521.
  2. ^ Terkeltaub RA (červenec 2001). "Generování anorganického pyrofosfátu a dispozice v patofyziologii". American Journal of Physiology. Fyziologie buněk. 281 (1): C1 – C11. doi:10.1152 / ajpcell.2001.281.1.C1. PMID  11401820.
  3. ^ Orimo H, Ohata M, Fujita T (září 1971). „Role anorganické pyrofosfatázy v mechanismu působení paratyroidního hormonu a kalcitoninu“. Endokrinologie. 89 (3): 852–8. doi:10.1210 / endo-89-3-852. PMID  4327778.
  4. ^ Poole KE, Reeve J (prosinec 2005). "Parathormon - kostní anabolický a katabolický prostředek". Současný názor na farmakologii. 5 (6): 612–7. doi:10.1016 / j.coph.2005.07.004. PMID  16181808.
  5. ^ Nelson, David L .; Cox, Michael M. (2000). Lehninger Principles of Biochemistry, 3. vyd. New York: Worth Publishers. str.937. ISBN  1-57259-153-6.
  6. ^ Ko KM, Lee W, Yu JR, Ahnn J (listopad 2007). „PYP-1, anorganická pyrofosfatáza, je nutná pro vývoj larev a střevní funkce u C. elegans“. FEBS Dopisy. 581 (28): 5445–53. doi:10.1016 / j.febslet.2007.10.047. PMID  17981157. S2CID  40325661.
  7. ^ Usui Y, Uematsu T, Uchihashi T, Takahashi M, Takahashi M, Ishizuka M a kol. (Květen 2010). "Anorganický polyfosfát indukuje osteoblastickou diferenciaci". Journal of Dental Research. 89 (5): 504–9. doi:10.1177/0022034510363096. PMID  20332330. S2CID  44916855.
  8. ^ Perez-Castineira JR, Lopez-Marques RL, Villalba JM, Losada M, Serrano A (prosinec 2002). "Funkční komplementace kvasinkové cytosolické pyrofosfatázy bakteriálními a rostlinnými H + -translokačními pyrofosfatázami". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 99 (25): 15914–9. Bibcode:2002PNAS ... 9915914P. doi:10.1073 / pnas.242625399. hdl:11441/26079. PMC  138539. PMID  12451180.
  9. ^ Baltscheffsky M, Schultz A, Baltscheffsky H (září 1999). „H + -PPázy: rodina pevně vázaná na membránu“. FEBS Lett. 457 (3): 527–33. doi:10.1016 / S0014-5793 (99) 90617-8. PMID  10523139. S2CID  12452334.
  10. ^ Teplyakov A, Obmolova G, Wilson KS, Ishii K, Kaji H, Samejima T, Kuranova I (červenec 1994). "Krystalová struktura anorganické pyrofosfatázy z Thermus thermophilus". Věda o bílkovinách. 3 (7): 1098–107. doi:10.1002 / pro.5560030713. PMC  2142889. PMID  7920256.
  11. ^ Fairchild TA, Patejunas G (říjen 1999). "Klonovací a expresní profil lidské anorganické pyrofosfatázy". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - genová struktura a exprese. 1447 (2–3): 133–6. doi:10.1016 / s0167-4781 (99) 00175-x. PMID  10542310.
  12. ^ McAlpine PJ, Mohandas T, Ray M, Wang H, Hamerton JL (1976). "Přiřazení lokusu anorganické pyrofosfatázy (PP) chromozomu 10 u člověka". Cytogenetika a genetika buněk. 16 (1–5): 201–3. doi:10.1159/000130590. PMID  975879.
  13. ^ "PPA2 pyrofosfatáza (anorganická) 2 [Homo sapiens (člověk)]" ". NCBI Gene.
  14. ^ A b Yang L, Liao RZ, Yu JG, Liu RZ (květen 2009). „DFT studie mechanismu anorganické pyrofosfatázy Escherichia coli“. The Journal of Physical Chemistry B. 113 (18): 6505–10. doi:10.1021 / jp810003w. PMID  19366250.
  15. ^ Sitnik TS, Avaeva SM (leden 2007). „Vazba substrátu v místě efektoru pyrofosfatázy zvyšuje rychlost její hydrolýzy v aktivním místě“. Biochemie. Biokhimiia. 72 (1): 68–76. doi:10,1134 / s0006297907010087. PMID  17309439. S2CID  19512830.
  16. ^ Rodina EV, Vorobyeva NN, Kurilova SA, Belenikin MS, Fedorova NV, Nazarova TI (leden 2007). "ATP jako efektor anorganické pyrofosfatázy z Escherichia coli. Identifikace vazebného místa pro ATP". Biochemie. Biokhimiia. 72 (1): 93–9. doi:10.1134 / s0006297907010117. PMID  17309442. S2CID  21045503.
  17. ^ Smirnova IN, Baĭkov AA (říjen 1983). „[Dvoustupňový mechanismus fluoridové inhibice anorganické pyrofosfatázy pomocí fluoridového iontu]“. Biokhimiia (v Rusku). 48 (10): 1643–53. PMID  6139128.
  18. ^ Takahashi K, Inuzuka M, Ingi T (prosinec 2004). "Buněčná signalizace zprostředkovaná kalphoglinem indukovanou aktivací IPP a PGM". Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 325 (1): 203–14. doi:10.1016 / j.bbrc.2004.10.021. PMID  15522220.
  19. ^ A b C Carman GM, Han GS (prosinec 2006). "Role fosfatidát fosfatázových enzymů v metabolismu lipidů". Trendy v biochemických vědách. 31 (12): 694–9. doi:10.1016 / j.tibs.2006.10.003. PMC  1769311. PMID  17079146.
  20. ^ Cooperman BS, Baykov AA, Lahti R (červenec 1992). "Evoluční ochrana aktivního místa rozpustné anorganické pyrofosfatázy". Trendy v biochemických vědách. 17 (7): 262–6. doi:10.1016 / 0968-0004 (92) 90406-r. PMID  1323891.
  21. ^ Hedlund J, Cantoni R, Baltscheffsky M, Baltscheffsky H, Persson B (listopad 2006). "Analýza starověkých sekvenčních motivů v rodině H-PPázy". Časopis FEBS. 273 (22): 5183–93. doi:10.1111 / j.1742-4658.2006.05514.x. PMID  17054711. S2CID  5718374.

externí odkazy

Další čtení