L-gulonolakton oxidáza - L-gulonolactone oxidase - Wikipedia

„GULO“ přeadresuje tady. Pro další použití viz Gulo (disambiguation).
L-gulonolakton oxidáza
Identifikátory
EC číslo1.1.3.8
Číslo CAS9028-78-8
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

L-gulonolakton oxidáza (ES 1.1.3.8 ) je enzym který produkuje vitamín C, ale je nefunkční v Haplorrhini (včetně lidí), v některých netopýři a v morčata. To katalyzuje the reakce z L-gulono-1,4-lakton s kyslík na L-xylohex-3-gulonolakton a peroxid vodíku. Využívá to FAD jako kofaktor. The L-xylohex-3-gulonolakton (2-keto-gulono-gama-lakton) je schopen převést na kyselinu hexuronovou (kyselina askorbová ) spontánně, bez enzymatického působení.

Nedostatek gulonolaktonoxidázy

Nefunkční pseudogen gulonolaktonoxidázy (GULOP) byl mapován na člověka chromozóm 8p21 který odpovídá evolučně konzervovanému segmentu buď na prasečím chromozomu 4 (SSC4) nebo 14 (SSC14).[1][2][3] GULO produkuje předchůdce kyselina askorbová, který se spontánně přeměňuje na vitamin („vitamín C ").

Ke ztrátě aktivity genu pro L-gulonolakton oxidasu (GULO) došlo v historii několika druhů samostatně. Aktivita GULO byla u některých druhů netopýrů ztracena, jiné si ji však zachovávají.[4] Ztráta této aktivity enzymu je zodpovědná za neschopnost morčata enzymaticky syntetizovat vitamin C. Obě tyto události se staly nezávisle na ztrátě v haplorrhini podřád primátů, včetně lidí.

Pozůstatek tohoto nefunkčního genu s mnoha mutacemi je však stále přítomen v genomech morčat a lidí.[5] Není známo, zda existují zbytky genu u netopýrů, kterým chybí aktivita GULO. Zdá se, že funkce GULO byla několikrát ztracena a možná znovu získána v několika řádcích passerine ptáci, kde se schopnost tvorby vitaminu C u jednotlivých druhů liší.[6]

Ztráta aktivity GULO v primát řád nastal asi před 63 miliony let, přibližně v době, kdy se rozdělil na podřády Haplorhini (který ztratil aktivitu enzymu) a Strepsirrhini (který ji udržel). Mezi haplorhiny („jednoduché nosy“) primáty, které nedokážou vyrobit vitamin C enzymaticky, patří tarsiery a opice (opice, opice a lidé). Mezi strepsirrhiny (ohnuté nebo s mokrým nosem) patří primáti, kteří stále mohou enzymem vytvářet vitamin C. lorises, galagos, pottos, a do určité míry lemury.[7]

Nedostatek L-gulonolaktonoxidázy se nazývá „hypoaskorbémie "[8] a je popsána OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man)[9] jako veřejnost vrozená chyba metabolismu ", protože ovlivňuje všechny lidi. Mezi množstvím kyseliny askorbové, které ostatní primáti konzumují, a tím, co je doporučováno jako„ referenční příjem ", pro člověka existuje velký rozdíl.[10] Ve své zjevně patologické formě se projevují účinky nedostatku askorbátu jako kurděje.

Důsledky ztráty

Je pravděpodobné, že nějaká úroveň přizpůsobování došlo po ztrátě genu GULO primáty. Červená krvinka Glut1 a související kyselina dehydroaskorbová příjem modulován stomatin switch jsou jedinečné vlastnosti člověka a několika dalších savců, kteří ztratili schopnost syntetizovat kyselina askorbová z glukóza.[11] Vzhledem k tomu, že transportéry GLUT a stomatin jsou všudypřítomně distribuovány v různých typech lidských buněk a tkáních, lze předpokládat, že k podobným interakcím dojde i v lidských buňkách jiných než erytrocyty.[12]

Pauling zjistil, že po ztrátě produkce endogenního askorbátu apo (a) a Lp (a) byly velmi zvýhodňovány evolucí, která působila jako náhrada askorbátu, protože frekvence výskytu zvýšených plazmatických hladin Lp (a) u druhů, které ztratily schopnost syntetizovat askorbát, je velká.[13] Také jen primáti sdílet regulaci exprese genu CAMP pomocí Vitamín D ke kterému došlo po ztrátě genu GULO.[14]

Johnson a kol. předpokládali, že mutace GULOP (pseudogenu, který produkuje L-gulonolakton oxidázu) tak, že přestal produkovat GULO, mohla být prospěšná pro časné primáty zvýšením kyselina močová úrovně a zvyšování fruktóza účinky na přírůstek hmotnosti a akumulaci tuku. S nedostatkem dodávek potravy to poskytlo mutantům výhodu přežití.[15]

Zvířecí modely

Studie lidských nemocí těží z dostupnosti malých laboratorních zvířecích modelů. Tkáně zvířecích modelů s genem GULO však obecně mají vysoké hladiny kyseliny askorbové, a proto jsou často jen mírně ovlivňovány exogenním vitaminem C. To je hlavní nevýhodou pro studie zahrnující endogenní redoxní systémy primátů a jiných zvířat, kterým toto chybí gen.

Morčata jsou oblíbeným lidským modelem. Před 20 miliony let ztratili schopnost syntetizovat L-gulono-gama-lakton oxidázu.[5]

V roce 1999 Maeda et al. geneticky upravené myši s inaktivovaným genem GULO. Mutované myši, stejně jako lidé, zcela závisí na dietním vitaminu C a vykazují změny, které naznačují, že je narušena integrita jejich vaskulatury.[16] GULO - / - myši byly použity jako lidský model v několika následujících studiích.[17]

Byly provedeny úspěšné pokusy o aktivaci ztracené enzymatické funkce u různých druhů zvířat.[18][19][20][21] Byly také identifikovány různé mutanty GULO.[22][23]

Modely rostlin

U rostlin byla významně prokázána důležitost vitaminu C při regulaci morfologie celé rostliny, buněčné struktury a vývoje rostlin charakterizací mutantů s nízkým obsahem vitamínu C Arabidopsis thaliana, brambory, tabák, rajče a rýže. Zvýšení obsahu vitaminu C nadměrnou expresí inositol oxygenáza a gulono-1,4-laktonoxidáza v A. thaliana vede ke zvýšené biomase a toleranci k abiotickým stresům.[24][25]

Alternativní substráty a příbuzné enzymy

GULO patří do a rodina cukru-1,4-laktonoxidázy, který také obsahuje kvasinkový enzym D-arabinono-1,4-laktonoxidáza (ALO). ALO vyrábí Kyselina erythorbová s kanonickým substrátem. Tato rodina je zase podrodinou pod více cukerno-1,4-laktonoxidázami, která zahrnuje také bakteriální L-gulono-1,4-laktondehydrogenázu a rostlinu galaktonolakton dehydrogenáza.[26] Všechny tyto aldonolakton oxidoreduktázy hrají roli v určité formě syntézy vitaminu C a některé (včetně GULO a ALO) přijímají substráty jiných členů.[27]

Viz také

Reference

  1. ^ GULOP Archivováno 2007-09-27 na Wayback Machine - iHOP
  2. ^ Nishikimi M, Koshizaka T, Ozawa T, Yagi K (prosinec 1988). „Výskyt genu u lidí a morčat souvisejících s jejich chybějícím enzymem L-gulono-gama-lakton oxidáza“. Archivy biochemie a biofyziky. 267 (2): 842–6. doi:10.1016/0003-9861(88)90093-8. PMID  3214183.
  3. ^ Nishikimi M, Fukuyama R, Minoshima S, Shimizu N, Yagi K (květen 1994). „Klonování a chromozomální mapování lidského nefunkčního genu pro L-gulono-gama-lakton oxidázu, enzym pro biosyntézu kyseliny L-askorbové u člověka chybí“. The Journal of Biological Chemistry. 269 (18): 13685–8. PMID  8175804.
  4. ^ Cui J, Pan YH, Zhang Y, Jones G, Zhang S (únor 2011). „Progresivní pseudogenizace: syntéza vitaminu C a jeho ztráta u netopýrů“. Molekulární biologie a evoluce. 28 (2): 1025–31. doi:10.1093 / molbev / msq286. PMID  21037206.
  5. ^ A b Nishikimi M, Kawai T, Yagi K (říjen 1992). „Morčata vlastní vysoce mutovaný gen pro L-gulono-gama-lakton oxidázu, klíčový enzym pro biosyntézu kyseliny L-askorbové u tohoto druhu chybí.“ The Journal of Biological Chemistry. 267 (30): 21967–72. PMID  1400507.
  6. ^ Martinez del Rio C (1997). „Mohou passeriny syntetizovat vitamin C?“ (PDF). Auk. 114 (3): 513–516. doi:10.2307/4089257. JSTOR  4089257.
  7. ^ Pollock JI, Mullin RJ (květen 1987). „Vitamin C biosyntéza u prosimianů: důkaz antropoidní afinity Tarsiuse“. American Journal of Physical Anthropology. 73 (1): 65–70. doi:10.1002 / ajpa.1330730106. PMID  3113259.
  8. ^ HYPOASCORBEMIA - NCBI
  9. ^ OMIM - online Mendelian Inheritance in Man - NCBI
  10. ^ Milton K (září 2003). „Příjem mikroživin u divokých primátů: jsou lidé odlišní?“ (PDF). Srovnávací biochemie a fyziologie. Část A, Molekulární a integrativní fyziologie. 136 (1): 47–59. doi:10.1016 / S1095-6433 (03) 00084-9. PMID  14527629.
  11. ^ Montel-Hagen A, Kinet S, Manel N, Mongellaz C, Prohaska R, Battini JL, Delaunay J, Sitbon M, Taylor N (březen 2008). „Erythrocyte Glut1 spouští absorpci kyseliny dehydroaskorbové u savců, kteří nejsou schopni syntetizovat vitamin C“. Buňka. 132 (6): 1039–48. doi:10.1016 / j.cell.2008.01.042. PMID  18358815.
  12. ^ Mandl J, Szarka A, Bánhegyi G (srpen 2009). „Vitamin C: aktuální informace o fyziologii a farmakologii“. British Journal of Pharmacology. 157 (7): 1097–110. doi:10.1111 / j.1476-5381.2009.00282.x. PMC  2743829. PMID  19508394.
  13. ^ Pauling L, Rath (1992). „Jednotná teorie lidských kardiovaskulárních chorob“ (PDF). Journal of Orthomolecular Medicine. 7 (1).
  14. ^ Gombart AF (listopad 2009). „Cesta vitaminu D-antimikrobiální peptid a její role v ochraně před infekcí“. Budoucí mikrobiologie. 4 (9): 1151–65. doi:10,2217 / fmb.09,87. PMC  2821804. PMID  19895218.
  15. ^ Johnson RJ, Andrews P, Benner SA, Oliver W (2010). „Cena Theodora E. Woodwarda. Vývoj obezity: poznatky z poloviny miocénu“. Transakce Americké klinické a klimatologické asociace. 121: 295–305, diskuse 305–8. PMC  2917125. PMID  20697570.
  16. ^ Maeda N, Hagihara H, Nakata Y, Hiller S, Wilder J, Reddick R (leden 2000). „Poškození stěny aorty u myší neschopných syntetizovat kyselinu askorbovou“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 97 (2): 841–6. doi:10.1073 / pnas.97.2.841. PMC  15418. PMID  10639167.
  17. ^ Li Y, Schellhorn HE (říjen 2007). „Nový vývoj a nové terapeutické perspektivy pro vitamin C“. The Journal of Nutrition. 137 (10): 2171–84. doi:10.1093 / jn / 137.10.2171. PMID  17884994.
  18. ^ Toyohara H, Nakata T, Touhata K, Hashimoto H, Kinoshita M, Sakaguchi M, Nishikimi M, Yagi K, Wakamatsu Y, Ozato K (červen 1996). „Transgenní exprese L-gulono-gama-lakton oxidázy v medace (Oryzias latipes), teleostní rybě, která postrádá tento enzym nezbytný pro biosyntézu kyseliny L-askorbové“. Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 223 (3): 650–3. doi:10.1006 / bbrc.1996.0949. PMID  8687450.
  19. ^ Li Y, Shi CX, Mossman KL, Rosenfeld J, Boo YC, Schellhorn HE (prosinec 2008). „Obnova syntézy vitaminu C u transgenních myší Gulo - / - expresí gulonolaktonoxidázy závislou na adenoviru závislou na pomocníkovi“. Lidská genová terapie. 19 (12): 1349–58. doi:10.1089 / hgt.2008.106. PMID  18764764.
  20. ^ Ha MN, Graham FL, D'Souza CK, Muller WJ, Igdoura SA, Schellhorn HE (březen 2004). „Funkční záchrana deficitu syntézy vitaminu C v lidských buňkách pomocí exprese myší l-gulono-gama-lakton oxidasy na bázi adenoviru“. Genomika. 83 (3): 482–92. doi:10.1016 / j.ygeno.2003.08.018. PMID  14962674.
  21. ^ Yu, Rosemary. „VÝVOJ ROBUSTNÍCH MODELŮ ZVÍŘAT PRO FUNKCI VITAMINU C“. Otevřete disertační práce a práce. McMaster University Library. Citováno 8. února 2013.
  22. ^ Hasan L, Vögeli P, Stoll P, Kramer SS, Stranzinger G, Neuenschwander S (duben 2004). „Intragenní delece v genu kódujícím L-gulonolakton oxidázu způsobuje u prasat nedostatek vitaminu C“ (PDF). Savčí genom. 15 (4): 323–33. doi:10.1007 / s00335-003-2324-6. PMID  15112110.
  23. ^ Mohan S, Kapoor A, Singgih A, Zhang Z, Taylor T, Yu H, Chadwick RB, Chung YS, Chung YS, Donahue LR, Rosen C, Crawford GC, Wergedal J, Baylink DJ (září 2005). „Spontánní zlomeniny myší mutantní sfx jsou způsobeny delecí genu gulonolakton oxidázy, což způsobuje nedostatek vitaminu C“. Journal of Bone and Mineral Research. 20 (9): 1597–610. doi:10.1359 / JBMR.050406. PMID  16059632.
  24. ^ Lisko KA, Torres R, Harris RS, Belisle M, Vaughan MM, Jullian B, Chevone BI, Mendes P, Nessler CL, Lorence A (prosinec 2013). „Arabidopsis vede ke zvýšené biomase a toleranci k abiotickým stresům“. In Vitro buněčná a vývojová biologie. Rostlina. 49 (6): 643–655. doi:10.1007 / s11627-013-9568-r. PMC  4354779. PMID  25767369.
  25. ^ Radzio JA, Lorence A, Chevone BI, Nessler CL (prosinec 2003). „Exprese L-Gulono-1,4-laktonoxidázy zachrání mutanty Arabidopsis (vtc) s nedostatkem vitamínu C“. Molekulární biologie rostlin. 53 (6): 837–44. doi:10.1023 / B: PLAN.0000023671.99451.1d. PMID  15082929.
  26. ^ „L-gulonolakton / D-arabinono-1,4-laktonoxidáza (IPR010031)". InterPro. Citováno 3. února 2020.
  27. ^ Aboobucker, SI; Lorence, A (leden 2016). „Nedávný pokrok v charakterizaci aldonolakton oxidoreduktáz“. Fyziologie a biochemie rostlin: PPB. 98: 171–85. doi:10.1016 / j.plaphy.2015.11.017. PMC  4725720. PMID  26696130.

Další čtení