6-фосфоглюконолактоназа
6-фосфоглюконолактоназа | |
---|---|
Идентификаторы | |
Шифр КФ | 3.1.1.31 |
Базы ферментов | |
IntEnz | IntEnz view |
BRENDA | BRENDA entry |
ExPASy | NiceZyme view |
MetaCyc | metabolic pathway |
KEGG | KEGG entry |
PRIAM | profile |
PDB structures | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
Поиск | |
PMC | статьи |
PubMed | статьи |
NCBI | NCBI proteins |
6-Фосфоглюконолактоназа (6PGL, PGLS) — это цитозольный фермент, обнаруженный во всех организмах, который катализирует гидролиз 6-фосфоглюконолактона до 6-фосфоглюконовой кислоты в окислительной фазе пентозофосфатного пути[2]. Третичная структура 6PGL использует α/β гидролазную складку с остатками активного сайта, сгруппированными на петлях α-спиралей. Основываясь на кристаллической структуре фермента, предполагается, что механизм зависит от переноса протона остатком гистидина в активном центре. 6PGL избирательно катализирует гидролиз δ-6-фосфоглюконолактона и не проявляет активности в отношении γ-изомера[3].
Механизм действия
Было предложено, чтобы 6PGL гидролиз 6-фосфоглюконолактона до 6-фосфоглюконовой кислоты протекал через перенос протона к атому кислорода кольца O5[4] аналогично ксилозоизомеразе[5] и рибозо-5-фосфатизомеразе[6]. Реакция инициируется атакой гидроксид- иона на сложный эфир C5. Формируется тетраэдрический промежуточный продукт, и следует отщепление сложноэфирной связи, чему способствует передача протона от остатка гистидина в активном центре. Конкретный остаток, который участвует в переносе протона, ускользал от исследователей до 2009 года, поскольку предыдущие структурные исследования продемонстрировали две возможные конформации субстрата в активном центре, которые располагают кислород кольца O5 проксимальнее остатка аргинина или гистидина. Молекулярно-динамическое моделирование использовалось, чтобы обнаружить, что остаток, который передает протон, представляет собой гистидин, и что остатки аргинина участвуют только в электрической стабилизации отрицательно заряженной фосфатной группы[4]. Электрическая стабилизация комплекса фермент-субстрат также происходит между карбоксилатным продуктом и аминами основной цепи окружающих остатков глицина[4].
Структура фермента
6PGL у Homo sapiens существует как мономер в цитозольных физиологических условиях и состоит из 258 аминокислотных остатков с общей молекулярной массой ~ 30 кДа[7]. Третичная структура фермента использует α/β гидролазную складку с параллельными и антипараллельными β-слоями, окруженными восемью α-спиралями и пятью спиралями 310. Стабильность третичной структуры белка усиливается за счет солевых мостиков между остатками аспарагиновой кислоты и аргинина, а также за счет взаимодействия стэкинга ароматических боковых цепей. Было обнаружено, что 6PGL, выделенный из Trypanosoma brucei, связывается с ионом Zn+2 в некаталитической роли, но этого не наблюдалось у других организмов, включая Thermotoga maritima и Vibrio cholerae.
Биологическая функция
6-фосфоглюконолактоназа катализирует превращение 6-фосфоглюконолактона в 6-фосфоглюконовую кислоту, оба промежуточных продукта в окислительной фазе пентозофосфатного пути, в котором глюкоза превращается в рибулозо-5-фосфат . Окислительная фаза пентозофосфатного пути высвобождает CO2 и приводит к образованию двух эквивалентов НАДФН из НАДФ+. Конечный продукт, рибулозо-5-фосфат, дополнительно обрабатывается организмом во время неокислительной фазы пентозофосфатного пути для синтеза биомолекул, включая нуклеотиды, АТФ и кофермент А[3].
Фермент, который предшествует 6PGL в пентозофосфатном пути, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, исключительно образует δ-изомер 6-фосфоглюконолактона. Однако, если оно накапливается, это соединение может подвергаться внутримолекулярной перегруппировке с изомеризацией до более стабильной γ-формы, которая не может гидролизоваться 6PGL и не может переходить в неокислительную фазу пентозофосфатного пути. Благодаря быстрому гидролизу δ-изомера 6-фосфоглюконолактона 6PGL предотвращает его накопление и последующее образование γ-изомера, что приводит к неэффективной трате ресурсов глюкозы, доступных клетке[3] 6-фосфоглюконолактон также подвержен атаке со стороны внутриклеточных нуклеофилов, о чём свидетельствует α-N-6-фосфоглюконоилирование белков, меченных His, экспрессируемых в E.coli[8][9], и эффективный гидролиз 6-фосфоглюконолактона 6PGL. предотвращает накопление лактона и последующие токсические реакции между промежуточным лактоном и клеткой[3].
Актуальность болезни
Было показано, что малярийные паразиты Plasmodium berghei и Plasmodium falciparum экспрессируют бифункциональный фермент, который проявляет активность как глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, так и 6-фосфоглюконолактоназы, что позволяет им катализировать первые две стадии пентозофосфатного пути[10]. Этот бифункциональный фермент был идентифицирован как лекарственная мишень для малярийных паразитов[11] и высокопроизводительный скрининг низкомолекулярных ингибиторов привел к открытию новых соединений, которые потенциально могут быть переведены в мощные противомалярийные средства[12][13].
Примечания
- ↑ (February 2007) «Three dimensional structure and implications for the catalytic mechanism of 6-phosphogluconolactonase from Trypanosoma brucei». Journal of Molecular Biology 366 (3): 868–81. doi:10.1016/j.jmb.2006.11.063. PMID 17196981.
- ↑ Jeremy M. Berg. Biochemistry. — 7th ed. — New York: W.H. Freeman, 2012. — xxxii, 1054, 43, 41, 48 pages с. — ISBN 978-1-4292-2936-4, 1-4292-2936-5, 978-1-4292-7635-1, 1-4292-7635-5, 978-1-4292-7396-1, 1-4292-7396-8.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 (September 2001) «NMR spectroscopic analysis of the first two steps of the pentose-phosphate pathway elucidates the role of 6-phosphogluconolactonase». The Journal of Biological Chemistry 276 (37): 34840–6. doi:10.1074/jbc.M105174200. PMID 11457850.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 (May 2009) «Insights into the enzymatic mechanism of 6-phosphogluconolactonase from Trypanosoma brucei using structural data and molecular dynamics simulation». Journal of Molecular Biology 388 (5): 1009–21. doi:10.1016/j.jmb.2009.03.063. PMID 19345229.
- ↑ (1991-03-01) «A metal-mediated hydride shift mechanism for xylose isomerase based on the 1.6 A Streptomyces rubiginosus structures with xylitol and D-xylose». Proteins 9 (3): 153–73. doi:10.1002/prot.340090302. PMID 2006134.
- ↑ (January 2003) «Structure of Escherichia coli ribose-5-phosphate isomerase: a ubiquitous enzyme of the pentose phosphate pathway and the Calvin cycle». Structure 11 (1): 31–42. doi:10.1016/S0969-2126(02)00933-4. PMID 12517338.
- ↑ (October 1999) «Identification of the cDNA encoding human 6-phosphogluconolactonase, the enzyme catalyzing the second step of the pentose phosphate pathway(1)». FEBS Letters 459 (2): 223–6. doi:10.1016/S0014-5793(99)01247-8. PMID 10518023.
- ↑ (February 1999) «Spontaneous alpha-N-6-phosphogluconoylation of a "His tag" in Escherichia coli: the cause of extra mass of 258 or 178 Da in fusion proteins». Analytical Biochemistry 267 (1): 169–84. doi:10.1006/abio.1998.2990. PMID 9918669.
- ↑ (May 2001) «Post-translational modification of the N-terminal His tag interferes with the crystallization of the wild-type and mutant SH3 domains from chicken src tyrosine kinase». Acta Crystallographica Section D 57 (Pt 5): 759–62. doi:10.1107/s0907444901002918. PMID 11320329.
- ↑ (April 2001) «Glucose-6-phosphate dehydrogenase-6-phosphogluconolactonase. A novel bifunctional enzyme in malaria parasites». European Journal of Biochemistry 268 (7): 2013–9. doi:10.1046/j.1432-1327.2001.02078.x. PMID 11277923.
- ↑ (October 2015) «Plasmodium falciparum glucose-6-phosphate dehydrogenase 6-phosphogluconolactonase is a potential drug target». The FEBS Journal 282 (19): 3808–23. doi:10.1111/febs.13380. PMID 26198663.
- ↑ (July 2012) «High-throughput screening for small-molecule inhibitors of plasmodium falciparum glucose-6-phosphate dehydrogenase 6-phosphogluconolactonase». Journal of Biomolecular Screening 17 (6): 738–51. doi:10.1177/1087057112442382. PMID 22496096.
- ↑ (August 2012) «Discovery of a Plasmodium falciparum glucose-6-phosphate dehydrogenase 6-phosphogluconolactonase inhibitor (R,Z)-N-((1-ethylpyrrolidin-2-yl)methyl)-2-(2-fluorobenzylidene)-3-oxo-3,4-dihydro-2H-benzo[b][1,4]thiazine-6-carboxamide (ML276) that reduces parasite growth in vitro» (EN). Journal of Medicinal Chemistry 55 (16): 7262–72. doi:10.1021/jm300833h. PMID 22813531.
Ссылки
- MeSH 6-phosphogluconolactonase
- (October 1999) «Identification of the cDNA encoding human 6-phosphogluconolactonase, the enzyme catalyzing the second step of the pentose phosphate pathway(1)». FEBS Letters 459 (2): 223–6. doi:10.1016/S0014-5793(99)01247-8. PMID 10518023.