Sacharosa-fosfát syntáza - Sucrose-phosphate synthase - Wikipedia

sacharóza-fosfát syntáza
2r68.jpg
Monomer sacharosfosfát syntázy, Halothermothrix orenii
Identifikátory
EC číslo2.4.1.14
Číslo CAS9030-06-2
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Sacharosa-fosfát syntáza je rostlina enzym zahrnutý do něčeho, zůčastnit se čeho sacharóza biosyntéza. Konkrétně tento enzym katalyzuje přenos hexosylové skupiny z uridindifosfátové glukózy (UDP-glukóza ) až D-fruktóza 6-fosfát tvořit UDP a D-sacharóza-6-fosfát.[1][2] Tento reverzibilní krok funguje jako klíčový regulační kontrolní bod v biosyntéze sacharózy a je vynikajícím příkladem různých klíčových strategií regulace enzymů, jako je alosterický ovládání a reverzibilní fosforylace.[3]

Tento enzym se účastní škrob a sacharóza metabolismus.[2]

Nomenklatura

Tento enzym patří do rodiny glykosyltransferázy, konkrétně hexosyltransferázy. The systematické jméno z této třídy enzymů je UDP-glukóza: D-fruktóza 6-fosfát 2-alfa-D-glukosyltransferáza. Mezi další běžně používaná jména patří UDP-glukóza-fruktóza-fosfát-glukosyltransferáza, sacharóza-fosfát-UDP-glukosyltransferáza, UDP-glukózo-fruktóza-fosfát-glukosyltransferáza, SPS, uridin-difosfoglukóza-fruktóza-fosfát-glukosyltransferáza, sacharóza-6-fosfát-syntáza, fosfát-uridin difosfát glukosyltransferáza.

Struktura

RCSB PDB 2R66: Krystalová struktura ukazuje dvě Rossmanovy fold domény v SPS. Doména A je zobrazena modře, doména B červeně.

Rentgenová difrakce studie ukázaly, že struktura z Halothermothrix orenii SPS patří do rodiny záhybů GT-B.[1] Stejně jako ostatní proteiny GT-B obsahuje SPS dva Rossmann fold domén které se jmenují doména A a doména B.[4] Struktura těchto domén je obecně poněkud podobná, protože obě obsahují centrální beta listy které jsou obklopeny alfa helixy. Doména A se však skládá z osmi paralelních beta řetězců a sedmi alfa helixů, zatímco doména B obsahuje šest paralelních beta řetězců a devět alfa helixů. Tyto domény spojuje doména zbytek smyčky pro vytvoření a Podklad rozštěp vazby, kde se váže akceptor glukosylové skupiny.[1]

Ačkoli H. orenii je ne-fotosyntetický bakterie, různé studie naznačují, že struktura jeho SPS je podobná rostlinnému SPS. Za prvé, protilátky s vysokou specificitou pro rostlinný SPS se také zaměřují na bakteriální SPS, což naznačuje, že struktura je dostatečně konzervovaná, aby protilátka rozpoznala enzym jako antigen. Dále genomický studie odhalují tuto úzce související rostlinu homology vykazují až 54% sekvenční identity.[1]

Mechanismus

Reakční schéma ukazující přenos hexosylové skupiny z UDP-glukózy na fruktóza-6-fosfát.

V otevřené konformaci H. orenii SPS, formy fruktózy 6-fosfátu Vodíkové vazby se zbytky Gly-33 a Gln-35 v doméně A, zatímco UDP-glukóza interaguje s doménou B. Studie krystalových struktur ukazují, že po navázání se tyto dvě domény zkroutí a zúží tak vstup štěrbiny vázající substrát z 20 Á na 6 Á. V této uzavřené konformaci zbytek Gly-34 v doméně A interaguje s UDP-glukózou a nutí substrát přizpůsobit skládanou strukturu, což usnadňuje jeho darování hexosylové skupiny.[4]

Po navázání bude fruktóza-6-fosfát interagovat s UDP prostřednictvím vodíkové vazby, která snižuje aktivační energie z reakce a stabilizuje přechodový stav. Nakonec prochází atom C1 UDP-glukózy nukleofilní útok atomem kyslíku ve fruktóza 6-fosfátu, což vede k přenosu glukosylové skupiny na fruktóza 6-fosfát. Zda tento mechanismus vyžaduje dvojmocný iont, je v současné době nejasné, ale neúspěšné pokusy zachytit a detekovat přítomnost hořčík kation naznačují, že tento mechanismus je nezávislý na kovových iontech.[1][4]

Regulační strategie

Fosforylace

SPS-kináza reverzibilně fosforyluje a serin zbytek a následně deaktivuje SPS, In špenát a kukuřice, místo regulace fosforylace bylo identifikováno jako Ser158, respektive Ser162. I když v současné době není jasné, zda je tento homolog zbytku serylu v jiných rostlinných SPSes fosforylován, aby se potlačila aktivita SPS, byla pozorována ochrana sousedních zbytků u jiných druhů rostlin. Tato konzervovaná sekvence může potenciálně pomoci při rozpoznávání regulační SPS-kinázy. Jakmile je fosforylován, může být inaktivovaný enzym defosforylován a znovu aktivován SPS-fosfatázou. Kromě kontroly hladin sacharózy v buňce může regulace pomocí fosforylace pomoci buňce přizpůsobit se hyperosmotickým podmínkám; v dobách osmotický stres, serylový zbytek je fosforylován a aktivita enzymu klesá.[3] Tato regulační strategie také řídí uhlík tok z fotosyntézy, jak naznačují studie signální transdukční dráha odpovídá za aktivaci SPS světlo podnět.[5][6][7]

Allostery

Glukóza-6-fosfát se váže na alosterické místo, což má za následek konformační změny SPS, které zvyšují hladinu enzymu afinita pro substrát přijímající glukosyl. Anorganický fosfát se může také vázat na toto alosterické místo a zabránit aktivaci SPS glukóza-6-fosfátem. Podobně jako regulace prostřednictvím fosforylace je tato regulační strategie úzce spjata s fotosyntézou, protože vysoké rychlosti fotosyntézy vyčerpají hladiny anorganického fosfátu a zvýší koncentrace 6-fosfátu glukózy v chloroplast.[8] Celkově zvýší rychlost fotosyntézy aktivitu SPS.

Funkce

SPS hraje při dělení disku hlavní roli uhlík mezi sacharózou a škrob ve fotosyntetických a nefotosyntetických papírové kapesníky, ovlivňující růst a vývoj rostliny.[2][8][9] Při dozrávání ovoce je SPS zodpovědný za přeměnu škrobu na sacharózu a další rozpustné cukry.[10][11][12] Navíc je SPS aktivní také v buňky které většinou degradují sacharózu a účastní se marných cyklů, které umožňují velké a rychlé změny v sacharóze tok.[3]

Při nízké teplotě se zvyšuje aktivita SPS a rychlost biosyntézy sacharózy. Akumulace sacharózy je výhodná při nízké teplotě, protože sacharóza je forma ukládání energie, která může být rychle metabolizována pro účely dýchání. Kromě toho může zvýšené množství sacharózy pomoci rostlině odolat zmrazení.[13]

Reference

  1. ^ A b C d E Chua TK, Bujnicki JM, Tan TC, Huynh F, Patel BK, Sivaraman J (duben 2008). „Struktura sacharos fosfát syntázy z Halothermothrix orenii odhaluje její mechanismus působení a vazebný režim“. Rostlinná buňka. 20 (4): 1059–72. doi:10.1105 / tpc.107.051193. PMC  2390747. PMID  18424616.
  2. ^ A b C Levine M (2011). Témata v zubní biochemii. Springer. str.17 –27. ISBN  978-3-540-88115-5.
  3. ^ A b C Huber SC, Huber JL (červen 1996). „ÚLOHA A REGULACE SYNTÁZY SACHARÓZY-FOSFÁTU VE VYSOKÝCH ROSTLINECH“. Roční přehled fyziologie rostlin a molekulární biologie rostlin. 47: 431–444. CiteSeerX  10.1.1.473.6911. doi:10.1146 / annurev.arplant.47.1.431. PMID  15012296.
  4. ^ A b C Breton C, Snajdrová L, Jeanneau C, Koca J, Imberty A (únor 2006). "Struktury a mechanismy glykosyltransferáz". Glykobiologie. 16 (2): 29R – 37R. doi:10.1093 / glycob / cwj016. PMID  16037492.
  5. ^ Huber SC, Huber JL (srpen 1992). "Role sacharoso-fosfát syntázy v metabolismu sacharózy v listech". Fyziologie rostlin. 99 (4): 1275–8. doi:10,1104 / str. 99,4.1275. PMC  1080620. PMID  16669032.
  6. ^ McMichael RW, Bachmann M, Huber SC (červenec 1995). „Špenátová listová sacharóza-fosfátsyntáza a nitrátreduktáza jsou fosforylovány / inaktivovány více proteinovými kinázami in vitro“. Fyziologie rostlin. 108 (3): 1077–1082. doi:10.1104 / str. 108.3.1077. PMC  157459. PMID  12228528.
  7. ^ Galtier N, Foyer CH, Huber J, Voelker TA, Huber SC (únor 1993). „Účinky zvýšené aktivity syntázy sacharózy a fosfátu na fotosyntézu, rozdělení asimilace a růst u rajčat (Lycopersicon esculentum var UC82B)“. Fyziologie rostlin. 101 (2): 535–543. doi:10.1104 / pp.101.2.535. PMC  160601. PMID  12231708.
  8. ^ A b Doehlert DC, Huber SC (prosinec 1983). „Regulace fosfátfosforečnanu listového listového špenátu pomocí glukózy-6-fosfátu, anorganického fosfátu a pH“. Fyziologie rostlin. 73 (4): 989–94. doi:10,1104 / s. 73,4,989. PMC  1066594. PMID  16663357.
  9. ^ Huber SC (duben 1983). "Role sacharoso-fosfát syntázy při dělení uhlíku v listech". Fyziologie rostlin. 71 (4): 818–21. doi:10,1104 / s. 71,4,818. PMC  1066128. PMID  16662913.
  10. ^ Hubbard NL, Pharr DM, Huber SC (1991). „Sacharosfosfát syntáza a další enzymy etabolizující sacharózu v plodech různých druhů“. Physiologia Plantarum. 82 (2): 191–196. doi:10.1111 / j.1399-3054.1991.tb00080.x.
  11. ^ Hubbard NL, Huber SC, Pharr DM (prosinec 1989). „Fosfátsyntáza sacharózy a invertáza kyseliny jako faktory určující koncentraci sacharózy při vývoji plodů muškátového oříšku (Cucumis melo L.)“. Fyziologie rostlin. 91 (4): 1527–34. doi:10.1104 / str. 91.4.1527. PMC  1062217. PMID  16667212.
  12. ^ Miron D, Schaffer AA (únor 1991). „Fosfát syntáza sacharózy, syntáza sacharózy a invertáza při vývoji ovoce z Lycopersicon esculentum Mill. A sacharóza akumulující Lycopersicon hirsutum Humb. A Bonpl“. Fyziologie rostlin. 95 (2): 623–7. doi:10,1104 / str. 95,2,623. PMC  1077577. PMID  16668028.
  13. ^ Guy CL, Huber JL, Huber SC (září 1992). „Fosfát syntáza sacharózy a akumulace sacharózy při nízké teplotě“. Fyziologie rostlin. 100 (1): 502–8. doi:10.1104 / pp.100.1.502. JSTOR  4274654. PMC  1075578. PMID  16652990.