 |
ксилулозо-5-фосфат | + |  | D-рибозо-5-фосфат |
 |
||||
 |
D-глицеральдегид-3-фосфат | + |  |
седогептулозо-7-фосфат |
Транскетолазы — группа ферментов пентозофосфатного пути и цикла Кальвина. Они катализирует две важные реакции, которые действуют в противоположных направлениях в этих двух путях.
Транскетолазы переносят двухуглеродную группу, включающую 1-й и 2-й атомы углерода кетозы, на альдегидный углерод альдозного сахара. Происходит превращение кетосахара в альдозу, содержащую на два атома углерода меньше, и одновременное превращение альдосахара в кетозу, содержащую на два атома углерода больше.
Транскетолазы катализируют перенос двухуглеродной группы с ксилулозо-5-фосфата на рибозо-5-фосфат с образованием семиуглеродной кетозы седогептулозо-7-фосфата и альдозы глицеральдегид-3-фосфата. В другой реакции ксилулозо-5-фосфат служит донором «активного гликоальдегида». Роль акцептора выполняет эритрозо-4-фосфат. Продуктами этой реакции являются фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат.
У млекопитающих транскетолазы соединяют пентозофосфатный путь с гликолизом, переводя избыток сахарофосфатов в основной метаболический путь углеводов. Его присутствие необходимо для производства НАДФН, особенно в тканях активно участвует в процессах биосинтеза, таких как синтез жирных кислот в печени и молочных железах, и для стероидный синтез в печени и надпочечниках. Главными кофакторами этого процесса являются тиаминдифосфат и кальций.
Транскетолазы обильно экспрессируются у млекопитающих в роговице стромальными кератоцитами и клетками эпителия. Считается, что они являются одним из роговичных кристаллинов[1].
Распространение
Транскетолазы присутствуют у в большого количества организмов, включая бактерий, растений и млекопитающих. У человека также есть гены, кодирующие белки с транскетолазной активностью:
Структура
Вход в активный центр этого фермента состоит в основном из боковых групп аргинина, гистидина, серина и аспарагиновой кислоты, а глутамат играет второстепенную роль. Эти боковые цепи, а именно Arg359, Arg528, His469 и Ser386, сохраняются внутри каждого фермента транскетолазы и взаимодействуют с фосфатной группой донорных и акцепторных субстратов. Поскольку субстратный канал настолько узкий, донорные и акцепторные субстраты не могут связываться одновременно. Кроме того, субстраты при связывании в активном центре изменяют свою конформацию на более вытянутую, чтобы уместиться этот узкий канал.
Хотя транскетолазы способны связывать различные субстраты, например фосфорилированные и не фосфорилированные моносахариды в том числе кетозы и фруктоза, рибоза и так далее, они имеет высокую стереоспецифичность по отношению к кетозам с транс-положением гидроксильных групп при атомах С-3 и С-4[2]. Также они стабилизируют субстрат в активном центре при помощи остатков Asp477, His30, и His263. Нарушение этой конфигурации, размещение гидроксильных групп или их стереохимии, приводит к нарушению водородных связей между аминокислотными остатками и субстратом, что приводит к более низкому сродству к субстрату.
В первой половине этого пути, His263 используется для эффективного отщепления С3 гидроксильных протонов, что позволяет 2-углеродному фрагменту отщепляется от фруктозы 6-фосфата[3]. Кофактор, необходимый для этого шага — тиаминпирофосфат. Связывание тиамина с ферментом не приводит к каким бы то ни было серьёзным конформационным изменениям фермента; наоборот, фермент состоит из двух гибких петель в активном центре, которые делают тиаминпирофосфат доступными для связывания[2].
Механизм
Каталитический механизм начинается с депротонирования тиазолового кольца тиаминприофосфата. Образовавшийся карбанион связывается с карбонильной группой донорного субстрата таким образом, что расщепляется связь между C-2 и C-3 атомами. Этот двухуглеродный фрагмент остается ковалентно связан С-2 углеродом тиаминпирофосфата. После этого донорный субстрат высвобождается, и акцептором субстрат входит в активный сайт, где фрагмент, связанный с α-β-дигидроксиэтилтиаминпирофосфат переносится на акцептор[2].
Были проведены эксперименты, проверявшие эффект замены аланина на аминокислоты у входа в активный центр, Arg359, Arg528, и His469, которые взаимодействуют с фосфатной группой субстрата. Эта замена приводит к образованию фермента с нарушенной каталитической активностью[2].
Роль в заболеваниях
Транскетолазная активность снижается при дефиците тиамина, в основном по причине недоедания. С дефицитом тиамина связан ряд заболеваний, в том числе и бери-бери, биотин-тиамин-отзывчивая болезнь базальных ганглиев[4], синдром Вернике-Корсакова и другие.
Не было обнаружено каких-либо специфических мутаций связанных с синдромом Вернике-Корсакова[5], но есть указание, что дефицит тиамина приводит к развитию этого синдрома только у тех, чьи транскетолазы имеют пониженное сродство к тиамину[6]. таким образом, активность транскетолазы сильно затруднена, и, как следствие, тормозится весь пентозофосфатный путь[7].
Диагностика
Транскетолазная активность эритроцитов уменьшается при дефиците тиамина (витамина В1), что используется для диагностики энцефалопатии Вернике и других синдромов, связанных с недостатком витамина B1, если есть сомнения в диагнозе[8]. Помимо базовой ферментативной активностью (которая может быть нормальной даже при дефиците), усиление активности фермента после добавления тиаминпирофосфата может быть использовано для диагностики дефицита тиамина (0-15 % нормальных, 15-25 % дефицит, >25 % тяжелая недостаточность)[9].
Список литературы
- ↑ Sax CM, Kays WT, Salamon C, Chervenak MM, Xu YS, Piatigorsky J (November 2000). “Transketolase gene expression in the cornea is influenced by environmental factors and developmentally controlled events”. Cornea. 19 (6): 833—41. DOI:10.1097/00003226-200011000-00014. PMID 11095059.
- 1 2 3 4 Nilsson U, Meshalkina L, Lindqvist Y, Schneider G (January 1997). “Examination of substrate binding in thiamin diphosphate-dependent transketolase by protein crystallography and site-directed mutagenesis”. J. Biol. Chem. 272 (3): 1864—9. DOI:10.1074/jbc.272.3.1864. PMID 8999873.
- ↑ Wikner C, Nilsson U, Meshalkina L, Udekwu C, Lindqvist Y, Schneider G (December 1997). “Identification of catalytically important residues in yeast transketolase”. Biochemistry. 36 (50): 15643—9. DOI:10.1021/bi971606b. PMID 9398292.
- ↑ Biotin-Thiamine-Responsive Basal Ganglia Disease - GeneReviews® - NCBI Bookshelf
- ↑ McCool BA, Plonk SG, Martin PR, Singleton CK (January 1993). “Cloning of human transketolase cDNAs and comparison of the nucleotide sequence of the coding region in Wernicke-Korsakoff and non-Wernicke-Korsakoff individuals”. J. Biol. Chem. 268 (2): 1397—404. PMID 8419340.
- ↑ Blass JP, Gibson GE (1977). “Abnormality of a thiamine-requiring enzyme in patients with Wernicke-Korsakoff syndrome”. N. Engl. J. Med. 297 (25): 1367—70. DOI:10.1056/NEJM197712222972503. PMID 927453.
- ↑ Lehninger principles of biochemistry. — San Francisco : W.H. Freeman, 2005. — ISBN 0-7167-4339-6.
- ↑ Smeets EH, Muller H, de Wael J (July 1971). “A NADH-dependent transketolase assay in erythrocyte hemolysates”. Clin. Chim. Acta. 33 (2): 379—86. DOI:10.1016/0009-8981(71)90496-7. PMID 4330339.
- ↑ Doolman R, Dinbar A, Sela BA (July 1995). “Improved measurement of transketolase activity in the assessment of "TPP effect"”. Eur J Clin Chem Clin Biochem. 33 (7): 445—6. PMID 7548453.
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .