Pyridoxal fosfát - Pyridoxal phosphate - Wikipedia

Pyridoxal fosfát
Kosterní vzorec
Model s kuličkou a hůlkou
Jména
Název IUPAC
(4-formyl-5-hydroxy-6-methylpyridin-3-yl) methylfosfát
Ostatní jména
Pyridoxal 5-fosfát, PAL-P, PLP, fosfát vitaminu B6
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEBI
ChEMBL
Informační karta ECHA100.000.190 Upravte to na Wikidata
PletivoPyridoxal + fosfát
UNII
Vlastnosti
C8H10NE6P
Molární hmotnost247,142 g / mol
Hustota1,638 ± 0,06 g / cm3[1]
Bod tání 139 až 142 ° C (282 až 288 ° F; 412 až 415 K)[2]
Kyselost (strK.A)1.56[1]
Farmakologie
A11HA06 (SZO)
Nebezpečí
Bod vzplanutí296,0 ± 32,9 ° C[1]
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Pyridoxal fosfát (PLP, pyridoxal 5'-fosfát, P5P), aktivní forma vitamin B6, je koenzym v různých enzymatický reakce. The Enzymová provize katalogizoval více než 140 činností závislých na PLP, což odpovídá ~ 4% všech klasifikovaných činností.[3] Všestrannost PLP vyplývá z jeho schopnosti kovalentně vázat substrát a poté působit jako elektrofilní katalyzátor, čímž stabilizuje různé typy meziproduktů karbaniontové reakce.

Role jako koenzym

PLP působí ve všech jako koenzym transaminace reakce a jistě dekarboxylace, deaminace, a racemizace reakce aminokyseliny.[4] Aldehydová skupina PLP tvoří a Schiff-base vazba (interní aldimin ) s e-aminoskupinou specifické lysinové skupiny z aminotransferáza enzym. A-aminoskupina aminokyselinového substrátu vytěsňuje e-aminoskupinu lysinového zbytku aktivního místa v procesu známém jako transaldiminace. Výsledný externí aldimin může ztratit proton, oxid uhličitý nebo postranní řetězec aminokyselin a stát se chinonoidním meziproduktem, který zase může působit jako nukleofil v několika reakčních drahách.

Při transaminaci chinonoidní meziprodukt po deprotonaci přijímá proton v jiné poloze, aby se stal a ketimin. Výsledný ketimin je hydrolyzován tak, že aminoskupina zůstává v komplexu.[5] Kromě toho je PLP používán aminotransferázami (nebo transaminázami), které působí na neobvyklé cukry, jako jsou perosamin a desosamin.[6] Při těchto reakcích reaguje PLP glutamát, který přenáší svoji alfa-aminoskupinu na PLP za vzniku pyridoxamin fosfátu (PMP). PMP poté přenáší svůj dusík na cukr a vyrábí amino cukr.

PLP se také účastní různých beta-eliminačních reakcí, jako jsou reakce prováděné serin dehydratáza a GDP-4-keto-6-deoxymannóza-3-dehydratáza (ColD).[6]

Je také aktivní při kondenzační reakci v heme syntéza.

PLP hraje roli při převodu levodopa do dopamin, usnadňuje přeměnu excitačního neurotransmiteru glutamátu na inhibiční neurotransmiter GABA a umožňuje SAM být dekarboxylován za vzniku propylamin, což je předchůdce polyaminů.

Role v lidském těle[7]

Pyridoxal fosfát má v lidském těle řadu rolí. Několik příkladů níže:

Neklasické příklady PLP

PLP najdete také na glykogen fosforyláza v játrech, kde se používá k odbourávání glykogen v glykogenolýza když glukagon nebo epinefrin signalizuje to. Tento enzym však nevyužívá reaktivní aldehydovou skupinu, ale místo toho využívá k provedení své reakce fosfátovou skupinu na PLP.

Přestože drtivá většina enzymů závislých na PLP tvoří vnitřní aldimin s PLP prostřednictvím lysinového zbytku na aktivním místě, některé enzymy závislé na PLP tento lysinový zbytek nemají, ale místo toho mají v aktivním místě histidin. V takovém případě histidin nemůže tvořit vnitřní aldimin, a proto se kofaktor kovalentně nepřiváže na enzym. GDP-4-keto-6-deoxymannóza-3-dehydratáza (ColD) je příkladem takového enzymu.[8]Člověk Serinová hydroxymethyltransferáza 2 reguluje reakce přenosu jednoho uhlíku potřebné pro metabolismus aminokyselin a nukleotidů a existuje v dimerní a tetramerní formě. Dimerní varianta SHMT2 je silným inhibitorem komplexu enzymů BRISC deubiquitylázy, který reguluje imunitní buněčnou signalizaci. Nedávné studie ukazují, že tetramerizace SJMT2 je indukována PLP. To zabrání interakci s komplexem BRISC deubiqutylázy, což potenciálně spojuje hladiny vitaminu B6 a metabolismus se zánětem. [9]

Katalytický mechanismus

Enzymy závislé na pyridoxal-5'-fosfátu (enzymy PLP) katalyzují nesčetné množství reakcí. I když se rozsah reakcí katalyzovaných PLP jeví jako obrovský, sjednocujícím principem je tvorba interního aldiminu odvozeného od lysinu. Jakmile amino substrát interaguje s aktivním místem, vytvoří se nová Schiffova báze, běžně označovaná jako externí aldimin. Po tomto kroku se dráha pro každou reakci katalyzovanou PLP rozchází.[10]

Mechanické příklady: racemizace alaninu a eliminace cysteinu.

Specifičnost

Specifičnost je dána skutečností, že ze čtyř vazeb alfa-uhlíku ve stavu aminokyseliny aldiminu se rozbije vazba kolmá na pyridinový kruh (Stereoelektronická hypotéza Dunathan ).[11] Následně je specificita dána tím, jak se enzymy váží na své substráty. Další roli ve specificitě hraje snadnost protonace pyridin kruhový dusík.[12]

PLP-enzymy

PLP je zadržována v aktivním místě nejen díky lysinu, ale také díky interakci fosfátové skupiny a fosfátové vazebné kapsy a v menší míře také díky hromadění bází pyridinového kruhu s převislým aromatickým zbytkem, obvykle tyrosinem (které se mohou také podílet na acidobazické katalýze). Přes omezené požadavky na kapsu vázající PLP patří enzymy PLP pouze k pěti různým rodinám. Tyto rodiny nekorelují dobře s konkrétním typem reakce. Těchto pět rodin je klasifikováno jako typy skládání následované římskými číslicemi.[11]

  • Fold typu I - rodina aspartátaminotransferázy
  • Fold Type II - rodina tryptofan syntázy
  • Fold Type III - rodina alanin racemáz (TIM-hlaveň)
  • Fold Type IV - rodina aminotransferáz D-aminokyselin
  • Fold Type V - rodina glykogenfosforylázy

Biosyntéza

Od vitaminů

Zvířata jsou auxotrof pro tento enzymový kofaktor a vyžadují jeho doplnění nebo meziprodukt, proto jeho klasifikace jako vitamin B6na rozdíl od MoCo nebo CoQ10 například. PLP je syntetizován z pyridoxalu enzymem pyridoxal kináza, vyžadující jednu molekulu ATP. PLP se metabolizuje v játrech.

Prototrofie

V současné době jsou známé dvě přirozené cesty pro PLP: jedna vyžaduje deoxyxyulóza 5-fosfát (DXP), zatímco druhá nikoli, proto jsou známé jako DXP-závislé a DXP-nezávislé. Tyto cesty byly rozsáhle studovány v Escherichia coli a Bacillus subtilis, resp. Navzdory rozdílům ve výchozích sloučeninách a různému počtu požadovaných kroků mají obě cesty mnoho společných rysů.[13]

DXP závislá biosyntéza

DXP závislá biosyntetická cesta vyžaduje několik kroků a konvergenci dvou větví, z nichž jedna produkuje 3-hydroxy-1-aminoaceton fosfát z erythrose 4-fosfát, zatímco druhý (jediný enzym) produkuje deoxyxylulosa 5-fosfát (DXP) z glyceraldehyd-3-fosfát (GAP) a pyruvát. Kondenzační produkt 3-hydroxy-1-aminoaceton fosfát a deoxyxyulóza 5-fosfát je pyridoxin 5'-fosfát. Kondenzace je katalyzována PNP syntáza, zakódováno pdxJ, který vytváří PNP (pyridoxin 5 'fosfát).[14] Konečným enzymem je PNP oxidáza (pdxH), který katalyzuje oxidaci 4 'hydroxylové skupiny na aldehyd pomocí dioxigenu, což vede k peroxidu vodíku.

První větev je katalyzována E-coli enzymy kódovanými epd, pdxB, serC a pdxA. Ty sdílejí mechanickou podobnost a homologii se třemi enzymy v biosyntéze serinu (serA (homolog pdxB), serC, Srb - nicméně, epd je homologem mezera), který ukazuje na společný evoluční původ těchto dvou cest.[15] U několika druhů existují dva homology E-coli serC gen, obvykle jeden v ser operonu (serC) a druhý v operátoru pdx, v takovém případě se volá pdxF.

Metabolic pathway- pyridoxal 5'-phosphate biosynthesis I v 2.0.svg

V knihovně overexprese byla nalezena „serendipitózní cesta“, která mohla potlačit auxotrofii způsobenou delecí pdxB (kódující erythronát 4 fosfát dehydrogenázu) v E-coli. Serendipitous cesta byla velmi neúčinná, ale byla možná kvůli promiskuitní činnost různých enzymů. Začalo to 3-fosfohydroxypyruvátem (produkt produktu) serA-kódovaný enzym v biosyntéze serinu) a nevyžadoval erythronát-4-fosfát. 3PHP byl defosforylován, což vedlo k nestabilnímu meziproduktu, který spontánně dekarboxyláty (tedy přítomnost fosfátu v biosyntetické cestě serinu) na glycaldehyd. Glykalldehyd byl kondenzován s glycinem a fosforylovaným produktem byl 4-fosfohydroxythreonin (4PHT), kanonický substrát pro 4-PHT dehydrogenázu (pdxA).[16]

Biosyntéza nezávislá na DXP

DXP-nezávislá PLP-biosyntetická cesta sestává z kroku katalyzovaného PLP-syntázou, enzymem složeným ze dvou podjednotek. PdxS katalyzuje kondenzaci 5-fosfátu ribulózy, glyceraldehyd-3-fosfátu a amoniak, tyto druhé molekuly jsou produkovány PdxT, který katalyzuje produkci amoniaku z glutamin. PdxS je (β / α) 8 barel (také známý jako TIM-barel), který tvoří dodekamer.[17]

Abiotická syntéza

Široké využití PLP v centrálním metabolismu, zejména v biosyntéze aminokyselin, a jeho aktivita v nepřítomnosti enzymů, naznačuje, že PLP může být „prebiotická“ sloučenina - tedy ta, která předchází vzniku organického života (nelze zaměňovat) s prebiotické sloučeniny, látky, které slouží jako zdroj potravy pro prospěšné bakterie).[18]Ve skutečnosti zahříváním NH3 a glykoaldehydu spontánně vznikají různé pyridiny, včetně pyridoxalu.[18] Za určitých podmínek se PLP tvoří z kyanoacetylenu, diacetylenu, oxidu uhelnatého, vodíku, vody a kyseliny fosforečné.[19]

Inhibitory

Je známo několik inhibitorů PLP enzymů.

Jeden typ inhibitoru tvoří elektrofil s PLP, což způsobuje jeho nevratnou reakci s lysinem v aktivním místě. Acetylenové sloučeniny (např. Propargylglycin) a vinylové sloučeniny (např. Vinylglycin) jsou takové inhibitory. Jiný typ inhibitoru inaktivuje PLP, a to jsou analoga substrátu α-methyl a amino-oxy (např. Α-methylglutamát). Ještě další inhibitory mají dobré odstupující skupiny, které nukleofilně útočí na PLP. Taková je chloralanin, který inhibuje velké množství enzymů.[11]

Příklady inhibitorů:

  • Levotyroxin U potkanů, kterým bylo podáváno pouze 10 ug D, L-tyroxinu denně po dobu 15 dní, aktivita jaterní cysteinsulfatázy zmizí a aktivity serinové a threonin dehydrasové a alanin glutamát-transaminázy klesají asi o 40%. Buď in vivo podávání pyridoxal-5-fosfátu, nebo in vitro přidání koenzymu do jaterních přípravků obnovuje plnou aktivitu všech těchto enzymů a mírnou inhibici in vitro v přítomnosti 10−5 M tyroxin je také reverzován pyridoxal-5-fosfátem.[20][21]
  • Neaktivní forma pyridoxin kompetitivně inhibuje aktivní pyridoxal-5'-fosfát. Následkem toho mohou příznaky doplňování vitaminu B6 ve formě pyridoxinu napodobovat příznaky nedostatku vitaminu B6; efekt, kterému se lze vyhnout doplněním P5P.[22]
  • AlaP (alanin fosfonát) inhibuje alaninové racemázy, ale jeho nedostatečná specificita podnítila další návrhy inhibitorů ALR.[23]
  • Gabaculin a Vigabatrin inhibovat GABA aminotransferáza
  • Canaline a 5-fluoromethylornithin inhibují ornitinaminotransferáza
  • Amino-oxy SAM inhibuje ACC syntáza

Nedostatek PLP a epilepsie

Vrozené chyby vedoucí k nedostatku PLP mohou vést k epilepsii reagující na vitamin B6.[24] Dva typy epilepsie související s nedostatkem PLP jsou epilepsie závislá na pyridoxinu a epilepsie závislá na pyridoxal fosfátu.[24] Epilepsie závislá na pyridoxinu je způsobena hlavně mutacemi v ALDH7A1 gen.[25] Epilepsie závislá na pyridoxal fosfátu je způsobena hlavně mutacemi v PNPO gen.[26] Tyto stavy se vyskytují hlavně u kojenců, začínajících brzy po narození nebo v některých případech před narozením.[27][28]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Vypočteno pomocí softwaru Advanced Chemistry Development (ACD / Labs) V11.02 (© 1994-2011 ACD / Labs)
  2. ^ Kozlov ÉI, L'vova MS (1978). "Stabilita ve vodě rozpustných vitamínů a koenzymů. Hydrolýza pyridoxal-5-fosfátu v kyselých, neutrálních a slabě alkalických roztocích". Pharmaceutical Chemistry Journal. 11 (11): 1543–9. doi:10.1007 / BF00778244. S2CID  1094223.
  3. ^ Percudani R, Peracchi A (září 2003). „Genomický přehled enzymů závislých na pyridoxal-fosfátu“. Zprávy EMBO. 4 (9): 850–4. doi:10.1038 / sj.embor.embor914. PMC  1326353. PMID  12949584.
  4. ^ Dolphin D, Poulson R, Avramovic O (1986). "Vitamin B6: Pyridoxal Phosphate" (PDF). Koenzymy a kofaktory. 1, část B. New York: Wiley Interscience. ISBN  978-0471097853.
  5. ^ Toney MD (leden 2005). "Specifičnost reakce v pyridoxal fosfátových enzymech". Archivy biochemie a biofyziky. 433 (1): 279–87. doi:10.1016 / j.abb.2004.09.037. PMID  15581583.
  6. ^ A b Samuel G, Reeves P (listopad 2003). „Biosyntéza O-antigenů: geny a dráhy zapojené do syntézy nukleotidových prekurzorů cukru a sestavování O-antigenu“. Výzkum sacharidů. 338 (23): 2503–19. doi:10.1016 / j.carres.2003.07.009. PMID  14670712.
  7. ^ Zając, Marianna (1937-). (2018). Chemie leków z elementami chemii medycznej dla studentów farmacji i farmaceutów. Jelińska, Anna., Muszalska, Izabela., Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego (Poznań)., Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego (Poznaň). Wydawnictwo Naukowe. Poznaň: Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego. ISBN  978-83-7597-340-2. OCLC  1103814375.
  8. ^ Cook PD, Thoden JB, Holden HM (září 2006). „Struktura GDP-4-keto-6-deoxy-D-manóza-3-dehydratázy: jedinečný enzym závislý na koenzymu B6“. Věda o bílkovinách. 15 (9): 2093–106. doi:10.1110 / ps.062328306. PMC  2242600. PMID  16943443.
  9. ^ Eyers PA, Murphy JM (listopad 2016). „Vyvíjející se svět pseudoenzymů: bílkoviny, předsudky a zombie“. Biologie BMC. 14 (1): 98. doi:10.1186 / s12915-016-0322-x. PMC  5106787. PMID  27835992.
  10. ^ Eliot, Andrew C .; Kirsch, Jack F. (2004). „Pyridoxal Phosphate Enzymes: Mechanistic, Structural, and Evolutionary Considerations“. Roční přehled biochemie. 73: 383–415. doi:10.1146 / annurev.biochem.73.011303.074021. PMID  15189147.
  11. ^ A b C Eliot AC, Kirsch JF (2004). „Pyridoxal fosfátové enzymy: mechanistické, strukturální a evoluční úvahy“. Roční přehled biochemie. 73: 383–415. doi:10.1146 / annurev.biochem.73.011303.074021. PMID  15189147. S2CID  36010634.
  12. ^ Griswold WR, Toney MD (září 2011). „Role pyridinového dusíku v pyridoxal 5'-fosfátové katalýze: aktivita tří tříd enzymů PLP rekonstituovaných s deazapyridoxal 5'-fosfátem“. Journal of the American Chemical Society. 133 (37): 14823–30. doi:10.1021 / ja2061006. PMID  21827189.
  13. ^ Fitzpatrick TB, Amrhein N, Kappes B, Macheroux P, Tews I, Raschle T (říjen 2007). „Dvě nezávislé cesty biosyntézy vitaminu B6 de novo: koneckonců ne tak odlišné“. The Biochemical Journal. 407 (1): 1–13. doi:10.1042 / BJ20070765. PMC  2267407. PMID  17822383. S2CID  28231094.
  14. ^ Sakai A, Kita M, Tani Y (duben 2004). „Nedávný pokrok v biosyntéze vitaminu B6“. Journal of Nutrition Science and Vitaminology. 50 (2): 69–77. doi:10,3177 / jnsv.50.69. PMID  15242009.
  15. ^ Lam HM, Winkler ME (listopad 1990). "Metabolické vztahy mezi pyridoxinem (vitamin B6) a biosyntézou serinu v Escherichia coli K-12". Journal of Bacteriology. 172 (11): 6518–28. doi:10.1128 / jb.172.11.6518-6528.1990. PMC  526841. PMID  2121717.
  16. ^ Kim J, Kershner JP, Novikov Y, Shoemaker RK, Copley SD (listopad 2010). „Tři serendipitózní dráhy v E. coli mohou obejít blok syntézy pyridoxal-5'-fosfátu“. Molekulární biologie systémů. 6: 436. doi:10.1038 / msb.2010.88. PMC  3010111. PMID  21119630.
  17. ^ Zhu J, Burgner JW, Harms E, Belitsky BR, Smith JL (červenec 2005). „Nové uspořádání (beta / alfa) 8 barelů v podjednotce syntázy PLP syntázy“. The Journal of Biological Chemistry. 280 (30): 27914–23. doi:10,1074 / jbc.M503642200. PMID  15911615.
  18. ^ A b Austin SM, Waddell TG (květen 1999). "Prebiotická syntéza sloučenin typu vitaminu B6". Počátky života a vývoj biosféry. 29 (3): 287–96. Bibcode:1999OLEB ... 29..287A. doi:10.1023 / A: 1006532518221. PMID  10389266. S2CID  22284565.
  19. ^ Aylward N, Bofinger N (září 2006). „Pravděpodobná prebiotická syntéza pyridoxal fosfátu: vitamin B6 - výpočetní studie“. Biofyzikální chemie. 123 (2–3): 113–21. doi:10.1016 / j.bpc.2006.04.014. PMID  16730878.
  20. ^ Horvath, Antonio (1957). „Inhibice enzymy vyžadujícími pyridoxal-5-fosfát tyroxinem“. Příroda. 179 (4567): 968. Bibcode:1957Natur.179..968H. doi:10.1038 / 179968a0. PMID  13430754. S2CID  4262396.
  21. ^ Hoch, Frederic L. (1962). "Biochemické působení hormonů štítné žlázy". Fyziologické recenze. 42 (4): 605–673. doi:10.1152 / fyzrev.1962.42.4.605. PMID  13954890.
  22. ^ Vrolijk, Misha F .; Opperhuizen, Antoon; Jansen, Eugène H.J.M .; Hageman, Geja J .; Bast, Aalt; Haenen, Guido R.M.M. (2017). „Paradox vitaminu B6: Suplementace vysokými koncentracemi pyridoxinu vede ke snížení funkce vitaminu B6“. Toxikologie in vitro. 44: 206–212. doi:10.1016 / j.tiv.2017.07.009. PMID  28716455.
  23. ^ Anthony KG, Strych U, Yeung KR, Shoen CS, Perez O, Krause KL a kol. (2011). Ahmed N (ed.). „Nové třídy inhibitorů alanin racemázy identifikované vysoce výkonným screeningem ukazují antimikrobiální aktivitu proti Mycobacterium tuberculosis.“. PLOS ONE. 6 (5): e20374. Bibcode:2011PLoSO ... 620374A. doi:10.1371 / journal.pone.0020374. PMC  3102704. PMID  21637807.
  24. ^ A b Wilson, Matthew P .; Plecko, Barbara; Mills, Philippa B .; Clayton, Peter T. (2019-03-20). „Poruchy ovlivňující metabolismus vitaminu B 6“. Journal of Inherited Metabolic Disease. 42 (4): 629–646. doi:10.1002 / jimd.12060. ISSN  0141-8955. PMID  30671974.
  25. ^ Reference, Genetics Home. "Gen ALDH7A1". Genetická domácí reference. Citováno 2019-11-15.
  26. ^ Reference, Genetics Home. "Gen PNPO". Genetická domácí reference. Citováno 2019-11-15.
  27. ^ Reference, Genetics Home. „Epilepsie závislá na pyridoxalu 5'-fosfátu“. Genetická domácí reference. Citováno 2019-11-15.
  28. ^ Gospe, Sidney M. (1993), Adam, Margaret P .; Ardinger, Holly H .; Pagon, Roberta A .; Wallace, Stephanie E. (eds.), „Epilepsie závislá na pyridoxinu“, GeneReviews®University of Washington, Seattle, PMID  20301659, vyvoláno 2019-11-15

externí odkazy