Aldolaza 2-dehydro-3-deoksy-fosfoglukonianu

Identyfikatory
aldolazy 2-dehydro-3-deoksy-fosfoglukonianu
nr WE	4.1.2.14
nr CAS	9024-53-7
Bazy danych
IntEnz	Widok IntEnz
BRENDA	Wpis BRENDY
ExPASy	Widok NiceZyme
KEGG	Wpis KEGG
MetaCyc	szlak metaboliczny
PRYM	profil
Struktury PDB	RCSB PDB PDBe PDB suma
Ontologia genów	AmiGO / QuickGO
Szukaj PKW artykuły PubMed artykuły NCBI białka

Enzym aldolaza 2-dehydro-3-deoksy-fosfoglukonianu ( EC 4.1.2.14 ), powszechnie znany jako aldolaza KDPG , katalizuje reakcję chemiczną

2-dehydro-3-deoksy- D -glukonian 6-fosforan ${\ Displaystyle \ rightleftharpoons}$ pirogronian + D -gliceraldehyd 3-fosforan

Enzym ten należy do rodziny liaz , w szczególności liaz aldehydowych , które rozszczepiają wiązania węgiel-węgiel. Jest stosowany w szlaku Entnera – Doudoroffa u prokariotów, zasilając glikolizę. Aldolaza 2-dehydro-3-deoksy-fosfoglukonianu jest jednym z dwóch enzymów odróżniających ten szlak od bardziej znanego szlaku Embdena-Meyerhofa-Parnasa . Enzym ten bierze również udział w trzech szlakach metabolicznych : szlaku pentozofosforanowym , interkonwersjach pentozy i glukuronianu oraz metabolizmie argininy i proliny .

Oprócz rozszczepiania 6-fosforanu 2-dehydro-3-deoksy-D-glukonianu, stwierdzono również, że w naturalny sposób katalizuje tworzenie zasady Schiffa między grupą lizyny E-aminokwasowej a związkami karbonylowymi, dekarboksylację szczawiooctanu i wymianę protony rozpuszczalnika z atomami wodoru pirogronianu metylu .

Nomenklatura

Systematyczna nazwa tej klasy enzymów to 2-dehydro-3-deoksy-D-glukonian-6-fosforan D-gliceraldehydo-3-fosforano-liaza (tworząca pirogronian) . Inne powszechnie używane nazwy to:

• aldolaza KDPG
• aldolaza fosfo-2-keto-3-deoksyglukonianowa
• aldolaza fosfo-2-keto-3-deoksyglukonowa
• aldolaza 2-keto-3-deoksy-6-fosfoglukonowa
• aldolaza 2-keto-3-deoksy-6-fosfoglukonianu
• Aldolaza 6-fosfo-2-keto-3-deoksyglukonianu
• aldolaza ODPG , aldolaza 2-okso-3-deoksy-6-fosfoglukonianu
• 2-keto-3-dezoksyglukonian-6-P-aldolaza
• Aldolaza 2-keto-3-dezoksyglukonianowo-6-fosforanowa
• 2-dehydro-3-deoksy-D-glukonian-6-fosforan
• D-gliceraldehydo-3-fosforano-liaza

Struktura enzymu

Struktura miejsca aktywnego ze związanym pirogronianem (kolory odpowiadają strukturze drugorzędowej, przy czym cyjan, magenta i jasnoróżowy odnoszą się odpowiednio do helis, arkuszy i pętli)

Niedawno określono, że aldolaza KDPG jest trimerem dzięki krystalograficznej potrójnej symetrii, z 225 resztami. Stwierdzono, że enzym ma masę cząsteczkową 23 942. Trimer jest stabilizowany głównie poprzez oddziaływania hydrofobowe. Cząsteczka ma trzeciorzędowe fałdowanie podobne do izomerazy triozofosforanowej i domenę A kinazy pirogronianowej , tworząc ośmioniciową strukturę α/β-beczki. Struktura beczki α/β jest z jednej strony zamknięta przez N-końcową helisę. Druga strona, strona karboksylowa, zawiera miejsce aktywne. Każda podjednostka zawiera jon fosforanowy związany w miejscu wiązania aldolazy. Stwierdzono, że w każdej podjednostce obecne są cztery cysteinylowe , z których dwie są łatwo dostępne i dwie ukryte w podjednostce.

Miejsce aktywne zawiera parę obojnaczą Glu -45/ Lys -133. Lizyna, która bierze udział w tworzeniu zasady Schiffa , jest koordynowana przez jon fosforanowy i dwie cząsteczki rozpuszczalnika wodnego. Pierwsza cząsteczka wody służy jako transport między glutaminianem a substratem, pozostając związana z enzymem przez cały cykl katalityczny. Druga cząsteczka wody jest produktem odwodnienia karbinoloaminy, co prowadzi do powstania zasady Schiffa. Działa również jako nukleofil podczas hydrolizy enzymu-produktu zasady Schiffa, co prowadzi do uwolnienia pirogronianu.

Pod koniec 2007 roku rozwiązano 13 struktur dla tej klasy enzymów o kodach dostępu PDB 1EUA , 1EUN , 1FQ0 , 1FWR , 1KGA , 1MXS , 1WA3 , 1WAU , 1WBH , 2C0A , 2NUW , 2NUX i 2NUY .

Mechanizm enzymatyczny

Miejsce aktywne pokazujące interakcję pirogronianu z parą obojnaczą Glu-45/Lys-133

Jedną z reakcji, które katalizuje aldolaza KDPG, podobnie jak w szlaku Entnera-Doudoroffa , jest odwracalne rozszczepienie 2-keto-3-deoksy-6-fosfoglukonianu (KDPG) na pirogronian i D-gliceraldehydo-3-fosforan . Dzieje się tak poprzez stereospecyficzne cięcie retro-aldolowe . Przeniesienie protonu między parą obojniaczojonową Glu-45/Lys-133 w miejscu aktywnym aktywuje lizynę, która służy jako nukleofil w pierwszym etapie, oraz glutaminian, aby wspomóc katalizę zasadową zaangażowaną w rozszczepienie węgiel-węgiel. Pozostałość lizyny 133 służy jako nukleofil i atakuje grupę karbonylową 2-keto-3-deoksy-6-fosfoglukonianu, tworząc protonowaną karbinoloaminę pośrednią, znaną również jako półprodukt zasady Schiffa . Produkt pośredni jest stabilizowany przez wiązanie wodorowe z resztami w miejscu aktywnym. Trójwęglowa reszta, gliceraldehydo-3-fosforan , jest odszczepiana przez katalizę zasadową z cząsteczką wody i pozostałością Glu-45. Pirogronian jest generowany w wyniku nukleofilowego ataku wody na zasadę Schiffa w celu zreformowania ketonu . Interakcja aromatyczna z Phe-135 zapewnia stereospecyficzny dodatek związany z procesem odwrotnym.

Wykazano również, że aldolaza KDPG katalizuje wymianę atomów wodoru grup metylowych pirogronianu z protonami rozpuszczalnika.

Mechanizm aldolazy KDPG w szlaku Entnera-Doudoroffa

Znaczenie ewolucyjne

Historia

Przedstawiono argumenty za zarówno zbieżną , jak i rozbieżną ewolucją enzymów o strukturze beczki α / β, takich jak aldolaza KDPG, izomeraza triosefosforanowa i domena A kinazy pirogronianowej.

Zbieżna ewolucja może prowadzić do geometrycznie podobnych miejsc aktywnych, podczas gdy każdy enzym ma odrębną konformację szkieletu. Konwergencja do wspólnej struktury szkieletowej, jak ma to miejsce w tym przypadku, nie została jednak zaobserwowana, chociaż twierdzi się, że może być możliwa dla symetrycznie powtarzalnej struktury, jak ta zaobserwowana tutaj. Podobieństwo w fałdowaniu trzech enzymów i wyjątkowa symetria zwykle sugeruje rozbieżną ewolucję od wspólnego przodka. Funkcjonalne podobieństwo enzymów pozostaje najsilniejszym argumentem za rozbieżną ewolucją. Wszystkie trzy enzymy aktywują wiązanie C-H sąsiadujące z grupą karbonylową. Miejsca aktywne znajdują się na karboksylowych końcach nici β. Taka zgodność przemawia na korzyść rozbieżnej ewolucji.

Gdyby zwyciężyła hipoteza rozbieżnej ewolucji, sugerowałoby to istnienie klasy enzymów o niepowiązanych sekwencjach aminokwasowych, ale o analogicznej symetrycznej strukturze i fałdowaniu.

Kierowana ewolucja

Aldolaza KDPG ma ograniczoną użyteczność ze względu na swoją wysoką specyficzność względem swoich naturalnych substratów w rozszczepianiu KDPG i odwrotnej addycji D-gliceraldehydo-3-fosforanu i pirogronianu . Ewolucja in vitro umożliwiła przekształcenie aldolazy KDPG w bardziej wydajną aldolazę o zmienionej specyficzności substratowej i stereoselektywności, poprawiając w ten sposób jej użyteczność w syntezie asymetrycznej. Zamiast modyfikować miejsce rozpoznawania, substrat jest modyfikowany przez przeniesienie aktywnego miejsca lizyny z jednej nici β do sąsiedniej. Wyewoluowana aldolaza jest zdolna do przyjmowania zarówno D-, jak i L-gliceraldehydu w ich niefosforylowanej postaci.

Dalsza lektura

•   Meloche HP, Wood WA (1964). „Krystalizacja i charakterystyka aldolazy 2-keto-3-deoksy-6-fosfoglukonowej” . J. Biol. chemia . 239 (10): 3515–3518. doi : 10.1016/S0021-9258(18)97753-7 . PMID 14245411 .

Linki zewnętrzne

• Media związane z aldolazą 2-dehydro-3-deoksy-fosfoglukonianu w Wikimedia Commons