Aldolaza deoksyrybozo-fosforanowa

Identyfikatory
aldolazy dezoksyrybozo-fosforanowej
nr WE 4.1.2.4
nr CAS 9026-97-5
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 dezoksyrybozo-fosforanowa ( EC 4.1.2.4 ) katalizuje odwracalną reakcję chemiczną

2-dezoksy-D-rybozo-5-fosforan D-gliceraldehyd 3-fosforan + aldehyd octowy

Enzym ten należy do rodziny liaz , w szczególności liaz aldehydowych, które rozszczepiają wiązania węgiel-węgiel. Systematyczna nazwa tej klasy enzymów to acetaldehydo-liaza 2-dezoksy-D-rybozo-5-fosforanowa (tworząca D-gliceraldehydo-3-fosforan) . Inne powszechnie używane nazwy to fosfodeoksyryboaldolaza , dezoksyryboaldolaza , aldolaza dezoksyrybozo-5-fosforanowa , aldolaza 2-dezoksyrybozo-5-fosforanowa i liaza acetaldehydowa 2-deoksy-D-rybozo-5-fosforanowa .

Mechanizm enzymatyczny

Mechanizm katalizy DERA. Najpierw pokazano substrat, a następnie oddziaływania stabilizujące w miejscu aktywnym. Na koniec pokazano kluczowe reszty lizyny i pośrednią karbinoloaminę. Na podstawie WPB 1JCL

Wśród aldolaz DERA jest wyjątkowa, ponieważ jest jedynym enzymem, którego produktami są dwa aldehydy. Krystalografia pokazuje, że enzym jest aldolazą klasy I, więc mechanizm przebiega poprzez tworzenie zasady Schiffa z Lys 167 w miejscu aktywnym. Pobliska reszta, Lys 201 , ma kluczowe znaczenie dla reakcji, zwiększając kwasowość protonowanego Lys 167 , więc tworzenie zasady Schiffa może zachodzić łatwiej.

Ponieważ równowaga reakcji, jak napisano, leży po stronie reagenta, DERA może być również wykorzystana do katalizowania wstecznej reakcji aldolowej. Stwierdzono, że enzym wykazuje pewną rozwiązłość, akceptując różne związki karbonylowe jako substraty: aldehyd octowy można zastąpić innymi małymi aldehydami lub acetonem; a zamiast 3-fosforanu D-gliceroaldehydu można stosować różne aldehydy. Jednak ze względu na przestrzenne rozmieszczenie oddziaływań stabilizujących elektrofilowego aldehydu w miejscu aktywnym, reakcja aldolowa jest stereospecyficzna i daje konfigurację (S) na węglu reaktywnym. Modelowanie molekularne miejsca aktywnego wykazało hydrofilową kieszeń utworzoną przez Thr 170 i Lys 172 w celu stabilizacji grupy C2-hydroksylowej 3-fosforanu D-gliceraldehydu, podczas gdy atom wodoru C2 jest stabilizowany w kieszeni hydrofobowej. Gdy jako substrat stosuje się racemiczną mieszaninę 3-fosforanu aldehydu glicerynowego, reagował tylko D-izomer.

Struktura enzymu

Monomer DERA zawiera fałd baryłkowy TIM α/β , zgodny z innymi aldolazami klasy I. Struktura DERA w wielu organizmach: DERA z Escherichia coli i Aeropyrum pernix mają 37,7% identyczności sekwencji z DERA z Thermus thermophilus HB8 . Mechanizm reakcji jest również zachowany między DERA.

W roztworze DERA znajdują się w homodimerach lub homotetramerach. Oligomeryczny charakter enzymu nie przyczynia się do aktywności enzymatycznej, ale służy do zwiększenia stabilności termicznej poprzez oddziaływania hydrofobowe i wiązania wodorowe między resztami międzyfazowymi.

Pod koniec 2007 roku rozwiązano 10 struktur dla tej klasy enzymów o kodach dostępu PDB 1JCJ , 1JCL , 1KTN , 1MZH , 1N7K , 1O0Y , 1P1X , 1UB3 , 1VCV i 2A4A .

Funkcja biologiczna

DERA jest częścią indukowalnego operonu deo w bakteriach, który umożliwia konwersję egzogennych dezoksyrybonukleozydów w celu wytwarzania energii. Produkty DERA, gliceraldehydo-3-fosforan i aldehyd octowy (następnie przekształcony w acetylo-CoA) mogą wchodzić odpowiednio na szlaki glikolizy i cyklu Krebsa.

U ludzi DERA ulega ekspresji głównie w płucach, wątrobie i okrężnicy i jest niezbędna do komórkowej odpowiedzi na stres . Po wywołaniu stresu oksydacyjnego lub stresu mitochondrialnego, DERA kolokalizuje z granulkami stresu i wiąże się z YBX1 , znanym białkiem granulek stresu. Komórki o wysokiej ekspresji DERA były w stanie wykorzystać egzogenną dezoksyinozynę do produkcji ATP, gdy były pozbawione glukozy i inkubowane z mitochondrialnym rozprzęgaczem FCCP.

Znaczenie przemysłowe

DERA stosowana w biokatalizie islatrawiru. Wiązania utworzone przez DERA są zaznaczone na czerwono.

DERA jest wykorzystywana w syntezach chemicznych jako narzędzie do zielonych, enancjoselektywnych reakcji aldolowych. Tworzenie szkieletu deoksyrybozy z małych cząsteczek może ułatwić syntezę nukleozydowych inhibitorów odwrotnej transkryptazy . Na przykład DERA użyto w mieszaninie pięciu enzymów w biokatalitycznej syntezie ilatrawiru .

DERA stosowany w biokatalizie atorwastatyny. Wskazano część atorwastatyny, która pochodziła z reakcji katalizowanej przez DERA.

DERA była również używana do przeprowadzania tandemowych reakcji aldolowych z trzema substratami aldehydowymi, przy czym równowaga reakcji była napędzana przez tworzenie sześcioczłonowego cyklicznego hemiacetalu. Ten półprodukt był używany w syntezie leków statynowych, takich jak atorwastatyna , rozuwastatyna i mewastatyna .

Naturalne DERA wykazują niską tolerancję na wysokie stężenia aldehydu octowego z powodu tworzenia wysoce reaktywnego związku pośredniego aldehydu krotonowego , który nieodwracalnie inaktywuje enzym. Ta cecha utrudnia przemysłowe zastosowania DERA, ponieważ stężenie stosowanego aldehydu octowego będzie ograniczone. Aby temu zaradzić, zastosowano ukierunkowaną ewolucję w celu poprawy tolerancji DERA na aldehyd octowy do 400 mM.

  •   Hoffee PA (1968). „Aldolaza 2-dezoksyrybozo-5-fosforanowa Salmonella typhimurium: oczyszczanie i właściwości”. Łuk. Biochem. Biofiza . 126 (3): 795–802. doi : 10.1016/0003-9861(68)90473-6 . PMID 4879701 .
  •   Jedziniak JA, Lionetti FJ (1970). „Oczyszczanie i właściwości dezoksyryboaldolazy z ludzkich erytrocytów”. Biochim. Biofiza. Akta . 212 (3): 478–87. doi : 10.1016/0005-2744(70)90254-8 . PMID 4989681 .
  •   Racker E. (1952). „Enzymatyczna synteza i rozkład fosforanu dezoksyrybozy”. J. Biol. chemia . 196 (1): 347–65. PMID 12980976 .
  •   Hoffee P, Rosen OM, Horecker BL (1965). „Mechanizm działania aldolazy. VI. Krystalizacja aldolazy dezoksyrybozo-5-fosforanowej i liczba miejsc aktywnych”. J. Biol. chemia . 240 : 1512-1516. PMID 14285485 .