Неорганическая пирофосфатаза - Inorganic pyrophosphatase

неорганическая пирофосфатаза
Гексамер пирофосфатазы (неорганический), E.Coli
Идентификаторы
ЕС нет.	3.6.1.1
№ CAS	9024-82-2
Базы данных
IntEnz	Просмотр IntEnz
BRENDA	BRENDA запись
ExPASy	Просмотр NiceZyme
КЕГГ	Запись в KEGG
MetaCyc	метаболический путь
ПРИАМ	профиль
Структуры PDB	RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология	Amigo / QuickGO
Поиск ЧВК статьи PubMed статьи NCBI белки

Растворимая неорганическая пирофосфатаза
Структура растворимой неорганической пирофосфатазы, выделенной из Thermococcus litoralis ( PDB : 2PRD ).
Идентификаторы
Условное обозначение	Пирофосфатаза
Pfam	PF00719
ИнтерПро	IPR008162
ПРОФИЛЬ	PS00387
CATH	2прд
SCOP2	2прд / СФЕРА / СУПФАМ
CDD	cd00412
Доступные белковые структуры: Pfam   структуры / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum краткое изложение структуры

Неорганическая пирофосфатаза (или неорганическая дифосфатаза , PPase ) представляет собой фермент ( EC 3.6.1.1 ), который катализирует превращение одного иона пирофосфата в два иона фосфата . Это в высшей степени экзэргоническая реакция, и поэтому она может быть связана с неблагоприятными биохимическими превращениями, чтобы довести эти превращения до завершения. Функциональность этого фермента играет решающую роль в метаболизме липидов (включая синтез и разложение липидов), абсорбции кальция и формировании костей, а также синтезе ДНК, а также других биохимических превращениях.

К настоящему времени были охарактеризованы два типа неорганической дифосфатазы , сильно различающиеся как по аминокислотной последовательности, так и по структуре : растворимая и трансмембранная пирофосфатаза, перекачивающая протоны (sPPases и H ( ⁺ ) -PPases, соответственно). sPPases - это повсеместно распространенные белки, которые гидролизуют пирофосфат с выделением тепла, тогда как H ⁺ -PPases, до сих пор не идентифицированные в клетках животных и грибов , связывают энергию гидролиза PPi с движением протонов через биологические мембраны .

Состав

Термостабильная растворимая пирофосфатаза была выделена из экстремофила Thermococcus litoralis . Трехмерная структура была определена с помощью рентгеновской кристаллографии , и было обнаружено, что она состоит из двух альфа-спиралей , а также антипараллельного закрытого бета-листа . Было обнаружено, что форма неорганической пирофосфатазы, выделенная из Thermococcus litoralis, содержит в общей сложности 174 аминокислотных остатка и имеет гексамерную олигомерную организацию (Изображение 1).

Люди обладают двумя генами, кодирующими пирофосфатазу, PPA1 и PPA2. PPA1 был отнесен к локусу гена на хромосоме 10 человека , а PPA2 - к хромосоме 4 .

Механизм

Хотя точный механизм катализа с помощью неорганической пирофосфатазы у большинства организмов остается неясным, исследования сайт-направленного мутагенеза у Escherichia coli позволили провести анализ активного сайта фермента и идентифицировать ключевые аминокислоты . В частности, этот анализ выявил 17 остатков, которые могут иметь функциональное значение в катализе .

Дальнейшие исследования показывают, что состояние протонирования Asp67 отвечает за модуляцию обратимости реакции в Escherichia coli . Карбоксилат функциональной группа этого остатка была показана , чтобы выполнить нуклеофильную атаку на пирофосфат подложке , когда четыре магниевых ионов присутствуют. Было показано, что прямая координация с этими четырьмя ионами магния и взаимодействия водородных связей с Arg43, Lys29 и Lys142 (все положительно заряженные остатки) закрепляют субстрат на активном сайте . Предполагается, что четыре иона магния также участвуют в стабилизации переходного состояния тригональной бипирамиды , что снижает энергетический барьер для вышеупомянутой нуклеофильной атаки.

Несколько исследований также выявили дополнительные субстраты, которые могут действовать как аллостерические эффекторы. В частности, связывание пирофосфата (PPi) с эффекторным сайтом неорганической пирофосфатазы увеличивает скорость гидролиза в активном центре . АТФ также был показан , что функции в качестве аллостерического активатора в кишечной палочке , в то время как фторид был показан, ингибирует гидролиз из пирофосфата в дрожжах .

Биологическая функция и значение

Гидролиз неорганического пирофосфата (PPi) до двух ионов фосфата используется во многих биохимических путях, чтобы сделать реакции необратимыми. Этот процесс в высшей степени эксергоничен (с учетом изменения свободной энергии примерно на -19 кДж ) и, следовательно, значительно увеличивает энергетическую привлекательность реакционной системы в сочетании с обычно менее благоприятной реакцией.

Неорганическая пирофосфатаза катализирует эту реакцию гидролиза на ранних стадиях разложения липидов , что является ярким примером этого явления. Путь содействия быстрого гидролиза в пирофосфата (PPI), Неорганическая пирофосфатаза обеспечивает движущую силу для активации жирных кислот , предназначенных для беты - окисления .

Перед тем как жирные кислоты , могут подвергаться деградации , чтобы выполнить метаболические потребности организма, они сначала должны быть активированы с помощью тиоэфирной связи с коэнзима А . Этот процесс катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой и происходит на внешней митохондриальной мембране . Эта активация осуществляется в две реакционные стадии: (1) жирная кислота реагирует с молекулой АТФ с образованием связанного с ферментом ациладенилата и пирофосфата (PPi), и (2) сульфгидрильная группа КоА атакует ациладенилат, образуя ацил-КоА и молекула АМФ . Каждая из этих двух стадий обратима в биологических условиях, за исключением дополнительного гидролиза PPi неорганической пирофосфатазой. Этот сопряженный гидролиз обеспечивает движущую силу для общей реакции прямой активации и служит источником неорганического фосфата, используемого в других биологических процессах.

Эволюция

Исследование прокариотических и эукариотических форм растворимой неорганической пирофосфатазы (sPPase, Pfam PF00719 ) показало, что они значительно различаются как по аминокислотной последовательности, так и по количеству остатков и олигомерной организации. Несмотря на различные структурные компоненты, недавняя работа на основе кинетических данных предложила большую степень эволюционного сохранения структуры активного центра, а также механизма реакции . Анализ приблизительно одного миллиона генетических последовательностей, взятых у организмов в Саргассовом море, выявил последовательность из 57 остатков в областях, кодирующих перекачивающую протоны неорганическую пирофосфатазу (H ⁺ -PPase), которая, по-видимому, является высококонсервативной; эта область в основном состояла из четырех ранних аминокислотных остатков Gly , Ala , Val и Asp , что указывает на эволюционно древнее происхождение белка .

использованная литература

внешние ссылки

• пирофосфатазы в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)

дальнейшее чтение