Nieorganiczna pirofosfataza
| nieorganiczna pirofosfataza | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Pirofosfataza (nieorganiczna) heksamer, E.Coli
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| nr WE | 3.6.1.1 | ||||||||
| nr CAS | 9024-82-2 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
| Rozpuszczalna pirofosfataza nieorganiczna | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktura rozpuszczalnej pirofosfatazy nieorganicznej, wyizolowanej z Thermococcus litoralis ().
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | pirofosfataza | ||||||||
| Pfam | PF00719 | ||||||||
| InterPro | IPR008162 | ||||||||
| PROZYTA | PS00387 | ||||||||
| CATH | 2 szt | ||||||||
| SCOP2 | 2prd / ZAKRES / SUPFAM | ||||||||
| CDD | cd00412 | ||||||||
| |||||||||
| pirofosfataza (nieorganiczna) 1 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||
| Symbol | PPA1 | ||||||
| Alt. symbolika | PP | ||||||
| gen NCBI | 5464 | ||||||
| HGNC | 9226 | ||||||
| OMIM | 179030 | ||||||
| RefSeq | NM_021129 | ||||||
| UniProt | Q15181 | ||||||
| Inne dane | |||||||
| Umiejscowienie | Chr. 10 q11.1-q24 | ||||||
| |||||||
| pirofosfataza (nieorganiczna) 2 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||
| Symbol | PPA2 | ||||||
| gen NCBI | 27068 | ||||||
| HGNC | 28883 | ||||||
| OMIM | 609988 | ||||||
| RefSeq | NM_176869 | ||||||
| UniProt | Q9H2U2 | ||||||
| Inne dane | |||||||
| Umiejscowienie | Chr. 4 q25 | ||||||
| |||||||
Nieorganiczna pirofosfataza (lub nieorganiczna difosfataza , PPaza ) jest enzymem ( EC 3.6.1.1 ), który katalizuje konwersję jednego jonu pirofosforanowego do dwóch jonów fosforanowych . Jest to wysoce egzergoniczna reakcja i dlatego może być połączona z niekorzystnymi przemianami biochemicznymi w celu doprowadzenia tych przemian do końca. Funkcjonalność tego enzymu odgrywa kluczową rolę w metabolizmie lipidów (w tym synteza i degradacja lipidów), wchłanianie wapnia i tworzenie kości oraz synteza DNA, a także inne przemiany biochemiczne .
Do tej pory scharakteryzowano dwa rodzaje nieorganicznych difosfataz , bardzo różniące się zarówno pod względem sekwencji aminokwasowej , jak i budowy : rozpuszczalną i przezbłonową pirofosfatazę pompującą protony (odpowiednio sPPazy i H( + )-PPazy). sPPazy to wszechobecne białka , które hydrolizują pirofosforany w celu uwolnienia ciepła, podczas gdy H + -PPazy, dotychczas niezidentyfikowane w komórkach zwierzęcych i grzybowych , łączą energię hydrolizy PPi do ruchu protonów przez błony biologiczne .
Struktura
Termostabilna rozpuszczalna pirofosfataza została wyizolowana z ekstremofilnego Thermococcus litoralis . Trójwymiarową strukturę określono za pomocą krystalografii rentgenowskiej i stwierdzono, że składa się ona z dwóch helis alfa oraz antyrównoległego zamkniętego arkusza beta . Stwierdzono , że forma nieorganicznej pirofosfatazy wyizolowanej z Thermococcus litoralis zawiera łącznie 174 reszt aminokwasowych i ma heksameryczną organizację oligomeryczną (zdjęcie 1).
Ludzie posiadają dwa geny kodujące pirofosfatazę, PPA1 i PPA2. PPA1 został przypisany do locus genu na ludzkim chromosomie 10 , a PPA2 do chromosomu 4 .
Mechanizm
Chociaż dokładny mechanizm katalizy przez nieorganiczną pirofosfatazę w większości organizmów pozostaje niepewny, badania ukierunkowanej mutagenezy w Escherichia coli pozwoliły na analizę miejsca aktywnego enzymu i identyfikację kluczowych aminokwasów . W szczególności analiza ta ujawniła 17 reszt, które mogą mieć znaczenie funkcjonalne w katalizie .
Dalsze badania sugerują, że stan protonowania Asp67 jest odpowiedzialny za modulowanie odwracalności reakcji w Escherichia coli . Wykazano, że karboksylanowa grupa funkcyjna tej reszty przeprowadza atak nukleofilowy na substrat pirofosforanowy , gdy obecne są cztery jony magnezu . Bezpośrednia koordynacja z tymi czterema jonami magnezu i wiązaniami wodorowymi Wykazano, że interakcje z Arg43, Lys29 i Lys142 (wszystkie reszty naładowane dodatnio) zakotwiczają substrat w miejscu aktywnym . Sugeruje się również, że cztery jony magnezu biorą udział w stabilizacji stanu przejściowego bipiramidy trygonalnej , co obniża barierę energetyczną dla wspomnianego ataku nukleofilowego .
W kilku badaniach zidentyfikowano również dodatkowe substraty , które mogą działać jako efektory allosteryczne . W szczególności wiązanie pirofosforanu (PPi) z miejscem efektorowym nieorganicznej pirofosfatazy zwiększa szybkość jego hydrolizy w miejscu aktywnym . Wykazano również, że ATP działa jako allosteryczny aktywator w Escherichia coli , podczas gdy wykazano, że fluorek hamuje hydrolizę pirofosforanu w drożdżach .
Funkcja biologiczna i znaczenie
Hydroliza nieorganicznego pirofosforanu (PPi) do dwóch jonów fosforanowych jest wykorzystywana w wielu szlakach biochemicznych, aby reakcje były skutecznie nieodwracalne. Ten proces jest wysoce egzergoniczny (odpowiada za zmianę energii swobodnej w przybliżeniu o -19 kJ ), a zatem znacznie zwiększa korzystną energetycznie układ reakcji w połączeniu z typowo mniej korzystną reakcją.
Nieorganiczna pirofosfataza katalizuje tę reakcję hydrolizy we wczesnych etapach degradacji lipidów , co jest wybitnym przykładem tego zjawiska. Promując szybką hydrolizę pirofosforanu (PPi), nieorganiczna pirofosfataza zapewnia siłę napędową aktywacji kwasów tłuszczowych przeznaczonych do beta- oksydacji .
Zanim kwasy tłuszczowe będą mogły ulec degradacji w celu zaspokojenia potrzeb metabolicznych organizmu, muszą najpierw zostać aktywowane poprzez wiązanie tioestrowe z koenzymem A. Proces ten jest katalizowany przez enzym syntetazę acylo-CoA i zachodzi na zewnętrznej błonie mitochondrialnej . Ta aktywacja odbywa się w dwóch reaktywnych etapach: (1) kwas tłuszczowy reaguje z cząsteczką ATP , tworząc związany z enzymem adenylan acylu i pirofosforan (PPi) oraz (2) grupa sulfhydrylowa CoA atakuje adenylan acylu, tworząc acylo-CoA i cząsteczka AMP . Każdy z tych dwóch etapów jest odwracalny w warunkach biologicznych, z wyjątkiem dodatkowej hydrolizy PPi przez nieorganiczną pirofosfatazę. Ta sprzężona hydroliza zapewnia siłę napędową całej reakcji aktywacji do przodu i służy jako źródło nieorganicznego fosforanu stosowanego w innych procesach biologicznych.
Ewolucja
Badanie prokariotycznych i eukariotycznych postaci rozpuszczalnej nieorganicznej pirofosfatazy (sPPaza, Pfam PF00719 ) wykazało, że różnią się one znacząco zarówno sekwencją aminokwasową , liczbą reszt, jak i organizacją oligomeryczną . Pomimo różnych elementów strukturalnych, ostatnie prace sugerują duży stopień ewolucyjnej konserwacji struktury miejsca aktywnego , jak również mechanizmu reakcji , opartego na kinetycznej dane. Analiza około miliona sekwencji genetycznych pobranych z organizmów z Morza Sargassowego zidentyfikowała sekwencję 57 reszt w regionach kodujących nieorganiczną pirofosfatazę pompującą protony (H + -PPaza), która wydaje się być wysoce konserwatywna; region ten składał się głównie z czterech wczesnych reszt aminokwasowych Gly , Ala , Val i Asp , co sugeruje ewolucyjnie starożytne pochodzenie białka .
Linki zewnętrzne
- pirofosfatazy w US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
Dalsza lektura
- Bailey K, Webb EC (1944). „Oczyszczanie i właściwości pirofosfatazy drożdży” . Dziennik biochemiczny . 38 (5): 394-8. doi : 10.1042/bj0380394 . PMC 1258115 . PMID 16747821 .
- Kunitz M (styczeń 1952). „Krystaliczna nieorganiczna pirofosfataza wyizolowana z drożdży piekarskich” . The Journal of General Physiology . 35 (3): 423–50. doi : 10.1085/jgp.35.3.423 . PMC 2147340 . PMID 14898026 .
- Sarafian V, Kim Y, Poole RJ, Rea PA (marzec 1992). „Klonowanie molekularne i sekwencja cDNA kodującego pompę protonową błony wakuolowej Arabidopsis thaliana zasilanej pirofosforanem” . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 89 (5): 1775–9. Bibcode : 1992PNAS...89.1775S . doi : 10.1073/pnas.89.5.1775 . PMC48535 . _ PMID 1311852 .
- Drozdowicz YM, Lu YP, Patel V, Fitz-Gibbon S, Miller JH, Rea PA (listopad 1999). „Termostabilna pirofosfataza błonowa typu wakuolowego z archeonu Pyrobaculum aerophilum: implikacje dla pochodzenia pomp zasilanych pirofosforanem”. Listy FEBS . 460 (3): 505-12. doi : 10.1016/S0014-5793(99)01404-0 . PMID 10556526 . S2CID 44664144 .
