Interested Article - Транскетолазы

	+	D-

D- глицеральдегид-3-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 на с образованием семиуглеродной кетозы и альдозы глицеральдегид-3-фосфата . В другой реакции ксилулозо-5-фосфат служит донором «активного гликоальдегида». Роль акцептора выполняет . 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 .

Распространение

Транскетолазы присутствуют у в большого количества организмов, включая бактерий , растений и млекопитающих . У человека также есть гены, кодирующие белки с транскетолазной активностью:

ТКТ (транскетолаза)
(транскетолазо-подобный белок 1)
(транскетолазо-подобный белок 2)

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 . 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 . 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 .

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 .

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 .

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 , синдром Вернике-Корсакова и другие.

Не было обнаружено каких-либо специфических мутаций связанных с синдромом Вернике-Корсакова , но есть указание, что дефицит тиамина приводит к развитию этого синдрома только у тех, чьи транскетолазы имеют пониженное сродство к тиамину . таким образом, активность транскетолазы сильно затруднена, и, как следствие, тормозится весь пентозофосфатный путь .

Диагностика

Транскетолазная активность эритроцитов уменьшается при дефиците тиамина (витамина В ₁ ), что используется для диагностики энцефалопатии Вернике и других синдромов, связанных с недостатком витамина B ₁ , если есть сомнения в диагнозе . 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) .

Список литературы

Sax C.M., Kays W.T., Salamon C., Chervenak M.M., Xu Y.S., Piatigorsky J. Transketolase gene expression in the cornea is influenced by environmental factors and developmentally controlled events (англ.) // Cornea : journal. — 2000. — November ( vol. 19 , no. 6 ). — P. 833—841 . — doi : . — .
↑ Nilsson U., Meshalkina L., Lindqvist Y., Schneider G. Examination of substrate binding in thiamin diphosphate-dependent transketolase by protein crystallography and site-directed mutagenesis (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1997. — January ( vol. 272 , no. 3 ). — P. 1864—1869 . — doi : . — .
Wikner C., Nilsson U., Meshalkina L., Udekwu C., Lindqvist Y., Schneider G. Identification of catalytically important residues in yeast transketolase (англ.) // Biochemistry : journal. — 1997. — December ( vol. 36 , no. 50 ). — P. 15643—15649 . — doi : . — .
. Дата обращения: 3 октября 2017. 9 мая 2018 года.
McCool B.A., Plonk S.G., Martin P.R., Singleton C.K. (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1993. — January ( vol. 268 , no. 2 ). — P. 1397—1404 . — .
Blass J.P., Gibson G.E. Abnormality of a thiamine-requiring enzyme in patients with Wernicke-Korsakoff syndrome (англ.) // N. Engl. J. Med. : journal. — 1977. — Vol. 297 , no. 25 . — P. 1367—1370 . — doi : . — .
Cox, Michael; Nelson, David R.; Lehninger, Albert L. Lehninger principles of biochemistry. — San Francisco: (англ.) ( , 2005. — ISBN 0-7167-4339-6 .
Smeets E.H., Muller H., de Wael J. A NADH-dependent transketolase assay in erythrocyte hemolysates (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1971. — July ( vol. 33 , no. 2 ). — P. 379—386 . — doi : . — .
Doolman R., Dinbar A., Sela B.A. Improved measurement of transketolase activity in the assessment of "TPP effect" (англ.) // Eur J Clin Chem Clin Biochem : journal. — 1995. — July ( vol. 33 , no. 7 ). — P. 445—446 . — .

[pmid11095059-1] Sax C.M., Kays W.T., Salamon C., Chervenak M.M., Xu Y.S., Piatigorsky J. Transketolase gene expression in the cornea is influenced by environmental factors and developmentally controlled events (англ.) // Cornea : journal. — 2000. — November ( vol. 19 , no. 6 ). — P. 833—841 . — doi : . — .

[Nilsson-2] Nilsson U., Meshalkina L., Lindqvist Y., Schneider G. Examination of substrate binding in thiamin diphosphate-dependent transketolase by protein crystallography and site-directed mutagenesis (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1997. — January ( vol. 272 , no. 3 ). — P. 1864—1869 . — doi : . — .

[pmid9398292-3] Wikner C., Nilsson U., Meshalkina L., Udekwu C., Lindqvist Y., Schneider G. Identification of catalytically important residues in yeast transketolase (англ.) // Biochemistry : journal. — 1997. — December ( vol. 36 , no. 50 ). — P. 15643—15649 . — doi : . — .

[4] . Дата обращения: 3 октября 2017. 9 мая 2018 года.

[pmid8419340-5] McCool B.A., Plonk S.G., Martin P.R., Singleton C.K. (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1993. — January ( vol. 268 , no. 2 ). — P. 1397—1404 . — .

[6] Blass J.P., Gibson G.E. Abnormality of a thiamine-requiring enzyme in patients with Wernicke-Korsakoff syndrome (англ.) // N. Engl. J. Med. : journal. — 1977. — Vol. 297 , no. 25 . — P. 1367—1370 . — doi : . — .

[isbn0-7167-4339-6-7] Cox, Michael; Nelson, David R.; Lehninger, Albert L. Lehninger principles of biochemistry. — San Francisco: (англ.) ( , 2005. — ISBN 0-7167-4339-6 .

[pmid4330339-8] Smeets E.H., Muller H., de Wael J. A NADH-dependent transketolase assay in erythrocyte hemolysates (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1971. — July ( vol. 33 , no. 2 ). — P. 379—386 . — doi : . — .

[pmid7548453-9] Doolman R., Dinbar A., Sela B.A. Improved measurement of transketolase activity in the assessment of "TPP effect" (англ.) // Eur J Clin Chem Clin Biochem : journal. — 1995. — July ( vol. 33 , no. 7 ). — P. 445—446 . — .