Ribóza-fosfátdifosfokináza - Ribose-phosphate diphosphokinase

Ribóza-fosfátdifosfokináza
2h06.jpg
Fosforibosylpyrofosfát syntáza 1, hexamer, člověk
Identifikátory
EC číslo2.7.6.1
Číslo CAS9031-46-3
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO
fosforibosylpyrofosfát syntetáza 1
Identifikátory
SymbolPRPS1
Gen NCBI5631
HGNC9462
OMIM311850
RefSeqNM_002764
UniProtP60891
Další údaje
EC číslo2.7.6.1
MístoChr. X q21-q27
fosforibosylpyrofosfát syntetáza 2
Identifikátory
SymbolPRPS2
Gen NCBI5634
HGNC9465
OMIM311860
RefSeqNM_002765
UniProtP11908
Další údaje
EC číslo2.7.6.1
MístoChr. X pter-q21

Ribóza-fosfátdifosfokináza (nebo fosforibosylpyrofosfát syntetáza nebo ribóza-fosfát pyrofosfokináza) je enzym který převádí ribóza-5-fosfát do fosforibosylpyrofosfát (PRPP).[1][2] Je zařazen pod ES 2.7.6.1.

Enzym se účastní syntézy nukleotidy (puriny a pyrimidiny ), kofaktory NAD a NADP, a aminokyseliny histidin a tryptofan,[1][2][3] spojením těchto biosyntetických procesů s pentózo-fosfátovou cestou, ze které je odvozen substrát ribózo-5-fosfát. Ribose 5-fosfát je produkován HMP Shunt Pathway z Glukóza-6-fosfát. Produkt fosforibosylpyrofosfát působí jako základní složka produktu purinová záchranná cesta a de novo syntéza purinů. Dysfunkce enzymu by tím podkopala metabolismus purinů. Ribosa-fosfát pyrofosfokináza existuje v bakteriích, rostlinách a zvířatech a existují tři izoformy lidské ribóza-fosfát pyrofosfokinázy.[2] U lidí jsou geny kódující enzym umístěny na X chromozom.[2]

Reakční mechanismus

Celková reakce na fosforibosylpyrofosfát syntetázu

Ribose-fosfátdifosfokináza přenáší difosforylovou skupinu z Mg-ATP (Mg2 + koordinovaný na ATP) na ribóza-5-fosfát.[2] Enzymatická reakce začíná vazbou ribóza-5-fosfátu, následovanou vazbou Mg-ATP na enzym. V přechodovém stavu po navázání obou substrátů se přenáší difosfát. Enzym nejprve uvolní AMP před uvolněním produktu fosforibosylpyrofosfátu.[4]Pokusy s použitím vody značené kyslíkem 18 ukazují, že reakční mechanismus pokračuje nukleofilním atakem anomerní hydroxylové skupiny ribózo-5-fosfátu na beta-fosfor ATP v SN2 reakce.[5]

SN2 mechanismus fosforibosylpyrofosfát syntetázy

Struktura

Vykreslení PyMol jedné podjednotky enzymu fosforibosylpyrofosfát syntetáza I (lidská). Flexibilní smyčka zbarvená zeleně; oblast vázající ribosa 5-fosfát zbarvená modře
PyMol vykreslení fosforibosylpyrofosfát syntetázy I (lidské) jako homodimeru, tvořené dvěma podjednotkami (červenou a modrou). Tři homodimery tvoří komplex aktivního enzymu.

Krystalizační a rentgenové difrakční studie objasnily strukturu enzymu, který byl izolován klonováním, expresí proteinu a purifikačními technikami. Jedna podjednotka ribóza-fosfátdifosfokinázy se skládá z 318 aminokyselin; aktivní enzymový komplex se skládá ze tří homodimerů (nebo šesti podjednotek, hexameru). Struktura jedné podjednotky je pětivláknová paralelka beta list (centrální jádro) obklopeno čtyřmi alfa helixy na N-terminální doména a pět alfa šroubovic na C-koncová doména, se dvěma krátkými antiparalelními beta listy vyčnívajícími z jádra.[2]Katalytické místo enzymu váže ATP a ribóza-5-fosfát. Flexibilní smyčka (Phe92 – Ser108), smyčka vázající pyrofosfát (Asp171 – Gly174) a oblast vlajky (Val30 – Ile44 ze sousední podjednotky) obsahují vazebné místo ATP, které se nachází na rozhraní mezi dvěma doménami jedné podjednotky. Flexibilní smyčka je pojmenována kvůli své velké variabilitě v konformaci.[6] Vazebné místo pro ribosu-5-fosfát se skládá ze zbytků Asp220 – Thr228, umístěných v C-terminální doméně jedné podjednotky.[2][6]Alosterické místo, které váže ADP, sestává z aminokyselinových zbytků ze tří podjednotek.[2]

Funkce

Produkt této reakce, fosforibosylpyrofosfát (PRPP), se používá v mnoha biosyntéze (de novo a zachránit ) cesty. PRPP poskytuje ribózový cukr při de novo syntéze purinů a pyrimidinů, používaných v nukleotidových bázích, které tvoří RNA a DNA. PRPP reaguje s orotovat za vzniku orotidylátu, na který lze převést uridylát (UMP). UMP lze poté převést na nukleotid cytidin trifosfát (CTP). Reakce PRPP, glutaminu a amoniaku tvoří 5-fosforibosyl-1-amin, prekurzor inosinát (IMP), který lze nakonec převést na adenosintrifosfát (ATP) nebo guanosintrifosfát (GTP). PRPP hraje roli v purinových záchranných drahách reakcí s volnými purinovými bázemi za vzniku adenylátu, guanylátu a inosinátu.[7][8] PRPP se také používá při syntéze NAD: reakcí PRPP s kyselinou nikotinovou se získá intermediární mononukleotid kyseliny nikotinové.[9]

Nařízení

Ribosa-fosfátdifosfokináza vyžaduje pro aktivitu Mg2 +; enzym působí pouze na ATP koordinováno s Mg2 +. Ribose-fosfátdifosfokináza je regulována fosforylací a allostery. Aktivuje se pomocí fosfát a inhibuje ADP; navrhuje se, aby fosfát a ADP soutěžily o stejné regulační místo. Při normálních koncentracích fosfát aktivuje enzym vazbou na své alosterické regulační místo. Je však prokázáno, že při vysokých koncentracích má fosfát inhibiční účinek tím, že soutěží se substrátem ribóza-5-fosfátem o vazbu v aktivním místě. ADP je klíčový alosterický inhibitor ribosa-fosfátdifosfokinázy. Bylo prokázáno, že při nižších koncentracích substrátu ribóza-5-fosfátu může ADP kompetitivně inhibovat enzym. Ribóza-fosfát pyrofosfokináza je také inhibována některými z jejích navazujících biosyntetických produktů.[2][6]

Role v nemoci

Protože je jeho produkt klíčovou sloučeninou v mnoha biosyntetických drahách, je ribóza-fosfátdifosfokináza zapojena do některých vzácných poruch a X-vázané recesivní nemoci. Mutace, které vedou k superaktivitě (zvýšená aktivita enzymu nebo de-regulace enzymu), vedou k nadprodukci purinu a kyseliny močové. Mezi příznaky superaktivity patří dna, senzorineurální ztráta sluchu,[10] slabý svalový tonus (hypotonie), zhoršená svalová koordinace (ataxie), dědičná periferní neuropatie,[11] a neurovývojová porucha.[12][13][14] Výsledkem jsou mutace, které vedou ke ztrátě funkce ribosa-fosfátdifosfokinázy Charcot-Marie-Tooth nemoc a ARTS syndrom.[15]

Reference

  1. ^ A b Visentin LP, Hasnain S, Gallin W (červenec 1977). "Ribozomální protein S1 / S1A v bakteriích". FEBS Lett. 79 (2): 258–63. doi:10.1016/0014-5793(77)80799-0. PMID  330231.
  2. ^ A b C d E F G h i Li S, Lu Y, Peng B, Ding J (leden 2007). „Krystalová struktura lidské fosforibosylpyrofosfát syntetázy 1 odhaluje nové alosterické místo“. Biochem. J. 401 (1): 39–47. doi:10.1042 / BJ20061066. PMC  1698673. PMID  16939420.
  3. ^ Tang W, Li X, Zhu Z, Tong S, Li X, Zhang X, Teng M, Niu L (květen 2006). „Exprese, čištění, krystalizace a předběžná rentgenová difrakční analýza lidské fosforibosylpyrofosfát syntetázy 1 (PRS1)“. Acta Crystallographica oddíl F. 62 (Pt 5): 432–4. doi:10.1107 / S1744309106009067. PMC  2219982. PMID  16682768.
  4. ^ Fox IH, Kelley WN (duben 1972). "Lidská fosforibosylpyrofosfát syntetáza. Kinetický mechanismus a inhibice konečného produktu". J. Biol. Chem. 247 (7): 2126–31. PMID  4335863.
  5. ^ Miller GA, Rosenzweig S, Switzer RL (prosinec 1975). "Oxygen-18 studie mechanismu přenosu pyrofosforylových skupin katalyzovaných fosforibosylpyrofosfát syntetázou". Oblouk. Biochem. Biophys. 171 (2): 732–6. doi:10.1016/0003-9861(75)90086-7. PMID  173242.
  6. ^ A b C Eriksen TA, Kadziola A, Bentsen AK, Harlow KW, Larsen S (duben 2000). "Strukturální základ pro funkci Bacillus subtilis fosforibosyl-pyrofosfát syntetázy". Nat. Struct. Biol. 7 (4): 303–8. doi:10.1038/74069. PMID  10742175.
  7. ^ Fox IH, Kelley WN (březen 1971). "Fosforibosylpyrofosfát u člověka: biochemický a klinický význam". Ann. Internovat. Med. 74 (3): 424–33. doi:10.7326/0003-4819-74-3-424. PMID  4324023.
  8. ^ Jeremy M. Berg; John L. Tymoczko; Lubert Stryer; Gregory J. Gatto Jr. (2012). Biochemie (7. vydání). New York: W.H. Freemane. ISBN  1429229365.
  9. ^ Rongvaux A, Andris F, Van Gool F, Leo O (červenec 2003). "Rekonstrukce eukaryotického metabolismu NAD". BioEssays. 25 (7): 683–90. doi:10.1002 / bies.10297. PMID  12815723.
  10. ^ Liu X, Han D, Li J, Han B, Ouyang X, Cheng J, Li X, Jin Z, Wang Y, Bitner-Glindzicz M, Kong X, Xu H, Kantardzhieva A, Eavey RD, Seidman CE, Seidman JG, Du LL, Chen ZY, Dai P, Teng M, Yan D, Yuan H (leden 2010). „Ztráty funkce mutací v genu PRPS1 způsobují typ nesyndromické X-vázané senzorineurální hluchoty, DFN2“. Dopoledne. J. Hum. Genet. 86 (1): 65–71. doi:10.1016 / j.ajhg.2009.11.015. PMC  2801751. PMID  20021999.
  11. ^ Kim HJ, Sohn KM, Shy ME, Krajewski KM, Hwang M, Park JH, Jang SY, Won HH, Choi BO, Hong SH, Kim BJ, Suh YL, Ki CS, Lee SY, Kim SH, Kim JW (září 2007 ). „Mutace v PRPS1, který kóduje enzym fosforibosylpyrofosfátsyntetázu kritický pro biosyntézu nukleotidů, způsobují dědičnou periferní neuropatii se ztrátou sluchu a optickou neuropatii (cmtx5)“. Dopoledne. J. Hum. Genet. 81 (3): 552–8. doi:10.1086/519529. PMC  1950833. PMID  17701900.
  12. ^ Becker MA, Smith PR, Taylor W, Mustafi R, Switzer RL (listopad 1995). „Genetický a funkční základ superaktivity fosforibosylpyrofosfát-syntetázy purinového nukleotidu se zpětnou vazbou“. J. Clin. Investovat. 96 (5): 2133–41. doi:10.1172 / JCI118267. PMC  185862. PMID  7593598.
  13. ^ Zoref E, De Vries A, Sperling O (listopad 1975). "Mutantní zpětně rezistentní fosforibosylpyrofosfát syntetáza spojená s nadprodukcí purinu a dnou. Fosforibosylpyrofosfát a metabolismus purinu v kultivovaných fibroblastech". J. Clin. Investovat. 56 (5): 1093–9. doi:10,1172 / JCI108183. PMC  301970. PMID  171280.
  14. ^ "Superaktivita fosforibosylpyrofosfát syntetázy". Lister Hill National Center for Biomedical Communications. Citováno 25. února 2014.
  15. ^ Synofzik M, Müller Vom Hagen J, Haack TB, Wilhelm C, Lindig T, Beck-Wödl S, Nabuurs SB, van Kuilenburg AB, de Brouwer AP, Schöls L (2014). „X-vázaná Charcot-Marie-Toothova choroba, Artsův syndrom a prelingvální nesyndromová hluchota tvoří kontinuum nemoci: důkazy z rodiny s novou mutací PRPS1“. Orphanet J Rare Dis. 9 (1): 24. doi:10.1186/1750-1172-9-24. PMC  3931488. PMID  24528855.

externí odkazy