Geranylotransferaza
| identyfikatory | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| geranylotransferazy | |||||||||
| nr WE | 2.5.1.10 | ||||||||
| nr CAS | 37277-79-5 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
W enzymologii geranylotransferaza ( EC 2.5.1.10 ) jest enzymem katalizującym reakcję chemiczną _
- difosforan geranylu + difosforan izopentenylu difosforan + trans, difosforan trans-farnezylu
Zatem dwoma substratami tego enzymu są difosforan geranylu (prekursor 10-węglowy) i difosforan izopentenylu (prekursor 5-węglowy), podczas gdy jego dwoma produktami są difosforan i difosforan trans,trans-farnezylu (produkt 15-węglowy).
Enzym ten należy do rodziny transferaz , w szczególności tych przenoszących grupy arylowe lub alkilowe inne niż grupy metylowe.
Nomenklatura
Systematyczna nazwa tej klasy enzymów to geranylo-difosforan: izopentenylo-difosforan geranylotransferazy. Inne powszechnie używane nazwy to:
- syntaza farnezylo-difosforanowa
- transferaza geranylowa I
- prenylotransferaza
- syntetaza pirofosforanu farnezylu
- syntetaza farnezylopirofosforanowa
Typowe skróty to: FPS, FDS, FPPS i FDPS.
Struktura
Struktura i mechanizm syntazy farnezylopirofosforanu (FPPS), rodzaju geranylotransferazy, jest dobrze scharakteryzowany. FPPS jest homodimerycznym enzymem zależnym od ~30 kDa Mg2 + , który syntetyzuje kolejno pirofosforan (E, E)-farnezylu z dwóch równoważników pirofosforanu izopentenylu (IPP) i pirofosforanu dimetyloallilu (DMAPP).
FPPS przyjmuje 3-warstwowe α-helikalne fałdowanie charakterystyczne dla wielu prenylotransferaz z 11 helisami i elastycznymi pętlami pomiędzy nimi. Centralnie położone helisy (α4 i α8) zawierają konserwowane motywy asparaginianu (DDXXD), które uczestniczą w wiązaniu substratu i katalizie. Reszty asparaginianu motywu, tlenki wody i pirofosforan koordynują trzy Mg 2+ w sposób oktaedryczny. Trójjądrowy kompleks Mg 2+ ma kluczowe znaczenie dla wiązania DMAPP i stabilizacji pirofosforanowej grupy opuszczającej, podczas gdy rosnący ogon węglowodorowy zaklinowuje się w głębokiej hydrofobowej kieszeni. Badania mutagenezy ukierunkowanej wykazały, że ostateczna długość produktu izoprenoidowego jest określona przez duże pozostałości (często fenyalanina) u podstawy kieszeni hydrofobowej.
Mechanizm
Na podstawie struktur krystalicznych i testów kinetycznych uważa się, że FPPS katalizuje reakcję kondensacji w trzech skoordynowanych etapach: (1) jonizacja, (2) kondensacja i (3) eliminacja.
W pierwszym etapie trzy Mg 2+ stabilizują anionową grupę opuszczającą, pirofosforan, na pirofosforanie dimetyloallilu (DMAPP). Utrata pirofosforanu tworzy kation dimetyloallilowy. W drugim etapie reaktywne wiązanie podwójne C3-C5 w pirofosforanie izopentylu (IPP) przeprowadza atak nukleofilowy na utworzony wcześniej kation dimetyloallilowy. Ostatni etap polega na tym, że pirofosforan utrzymywany w trójrdzeniowym centrum Mg 2+ działa jako zasada katalityczna w reakcji eliminacji z wytworzeniem pirofosforanu geranylu. Druga kolejna runda jonizacji pirofosforanu geranylu, kondensacja z IPP i eliminacja tworzy pirofosforan farnezylu.
Funkcjonować
Geranylotransferazy to konserwatywna ewolucyjnie klasa enzymów u Archaea, Bacteria i Eukarya, które uczestniczą w szerokim zakresie szlaków biosyntezy, w tym cholesterolu , porfiryny , karotenoidów , ubichinonu i izoprenoidów . Różne badania zlokalizowały FPPS w chloroplastach, mitochondriach, cytozolu i peroksysomach.
W syntezie cholesterolu produkt, pirofosforan farnezylu, jest zużywany w redukcyjnej kondensacji typu ogon do ogona z innym pirofosforanem farnezylu, tworząc 30-węglowy związek zwany skwalenem przez syntazę skwalenu . Poprzez kilka kolejnych etapów biosyntezy skwalen przekształca się w lanosterol , bezpośredni prekursor cholesterolu. Warto zauważyć, że sterole kontrolują ekspresję FPPS poprzez dwa czynniki regulatorowe cis (odwrócone pudełko CAAT i SRE-3) w proksymalnym promotorze FPPS. W roślinach porfiryna i karotenoidy stanowią pigmenty pomocnicze, które pomagają wychwytywać światło w fotosystemach . Ubichinon jest kluczowym nośnikiem elektronów w łańcuchu transportu elektronów oddychania komórkowego . Izoprenoidy to duża grupa związków, które służą jako biosyntetyczne prekursory lipidów i hormonów .
Pirofosforan farnezylu i geranylu służy również jako prekursory białek prenylowanych. Prenylacja jest powszechnym rodzajem kowalencyjnej modyfikacji potranslacyjnej na C-końcowych motywach CaaX, która umożliwia białkom lokalizację na błonach lub wiązanie się ze sobą. Godnym uwagi przykładem tego pierwszego jest farnezylacja małych białek G, w tym Ras , CDC42 , Rho i Rac. Przyłączenie hydrofobowego łańcucha alifatycznego, takiego jak te obecne w grupach farnezylowych lub geranylgeranylowych, umożliwia małym białkom G wiązanie się z błonami i wykonywanie funkcji efektorowych.
Celowanie w narkotyki
FPPS jest celem leków bisfosfonianowych, takich jak Fosamax ( alendronian ) i Actonel ( risedronian ). Leki bisfosfonianowe są powszechnie przepisywane w przypadku chorób kości, w tym choroby Pageta , przerzutów osteolitycznych i osteoporozy pomenopauzalnej . Bisfosfoniany pomagają utrzymać tkankę kostną u pacjentów z osteoporozą i obniżają poziom wapnia we krwi u pacjentów z hiperkalcemią poprzez hamowanie FPPS w osteoklastach wchłaniających ponownie kość . Trójskładnikowy kompleks FPPS-IPP-risendronian wykazał, że risendronian wiąże się z trójjądrowym kompleksem Mg2 + i oddziałuje z hydrofobową kieszenią w sposób podobny do DMAPP.
