Дезоксирибозофосфатальдолаза
Семья InterPro
дезоксирибозофосфатальдолаза
Идентификаторы
Номер ЕС4.1.2.4
Номер CAS9026-97-5
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Фермент дезоксирибозофосфатальдолаза ( КФ 4.1.2.4) катализирует обратимую химическую реакцию

2-дезокси-D-рибоза 5-фосфат D-глицеральдегид 3-фосфат + ацетальдегид ⇌ {\displaystyle \rightleftharpoons}

Этот фермент принадлежит к семейству лиаз , а именно альдегидлиаз, которые расщепляют углерод-углеродные связи. Систематическое название этого класса ферментов — 2-дезокси-D-рибозо-5-фосфатацетальдегид-лиаза (D-глицеральдегид-3-фосфатобразующая) . Другие общеупотребительные названия включают фосфодезоксирибоальдолазу , дезоксирибоальдолазу , дезоксирибозо-5-фосфатальдолазу , 2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолазу и 2-дезокси-D-рибозо-5-фосфатацетальдегид-лиазу .

Механизм действия фермента

Механизм катализа DERA. Сначала показан субстрат, затем стабилизирующие взаимодействия в активном центре. Наконец, показаны ключевые остатки лизина и промежуточный продукт карбиноламина. На основе PDB 1JCL

Среди альдолаз, DERA является одной из двух альдолаз, способных использовать два альдегида в качестве субстрата (другой является FSA ). [1] Кристаллография показывает, что фермент является альдолазой класса I, поэтому механизм протекает через образование основания Шиффа с Lys 167 в активном центре. Соседний остаток, Lys 201 , имеет решающее значение для реакции, увеличивая кислотность протонированного Lys 167 , поэтому образование основания Шиффа может происходить более легко. [2]

Поскольку равновесие реакции, как написано, лежит на стороне реагента, DERA также может использоваться для катализа обратной альдольной реакции. Было обнаружено, что фермент проявляет некоторую промискуитетность, принимая различные карбонильные соединения в качестве субстратов: ацетальдегид может быть заменен другими небольшими альдегидами или ацетоном; и различные альдегиды могут быть использованы вместо D-глицеральдегид 3-фосфата. Однако из-за пространственного расположения стабилизирующих взаимодействий электрофильного альдегида в активном центре альдольная реакция является стереоспецифической и дает (S) -конфигурацию на реактивном углероде. Молекулярное моделирование активного центра показало гидрофильный карман, образованный Thr 170 и Lys 172, для стабилизации C2-гидроксигруппы D-глицеральдегид 3-фосфата, в то время как атом водорода C2 стабилизируется в гидрофобном кармане. Когда рацемическая смесь глицеральдегид 3-фосфата используется в качестве субстрата, реагирует только D-изомер. [3]

Структура фермента

Мономер DERA содержит складку TIM α/β-бочонка , соответствующую другим альдолазам класса I. [2] Структура DERA во многих организмах: DERA из Escherichia coli и Aeropyrum pernix разделяют 37,7% идентичности последовательности с DERA из Thermus thermophilus HB8 . [4] Механизм реакции также сохраняется между DERA.

В растворе DERA находятся в гомодимерах или гомотетрамерах. Олигомерная природа фермента не способствует ферментативной активности, но служит для повышения термической стабильности посредством гидрофобных взаимодействий и водородных связей между остатками на границе раздела. [5]

По состоянию на конец 2007 года для этого класса ферментов было решено 10 структур с кодами доступа PDB 1JCJ, 1JCL, 1KTN, 1MZH, 1N7K, 1O0Y, 1P1X, 1UB3, 1VCV и 2A4A.

Биологическая функция

DERA является частью индуцируемого дезо- оперона у бактерий, который позволяет преобразовывать экзогенные дезоксирибонуклеозиды для получения энергии. [6] Продукты DERA, глицеральдегид-3-фосфат и ацетальдегид (впоследствии преобразующийся в ацетил-КоА), могут вступать в пути гликолиза и цикла Кребса соответственно.

У людей DERA в основном экспрессируется в легких, печени и толстой кишке и необходим для клеточного ответа на стресс . После индукции окислительного стресса или митохондриального стресса DERA колокализуется со стрессовыми гранулами и ассоциируется с YBX1 , известным белком стрессовых гранул. Клетки с высокой экспрессией DERA были способны использовать экзогенный дезоксиинозин для производства АТФ при голодании по глюкозе и инкубации с митохондриальным разобщителем FCCP. [7]

Промышленная значимость

DERA используется в биокатализе ислатравира. Связи, образованные DERA, выделены красным.

DERA используется в химическом синтезе как инструмент для зеленых, энантиоселективных альдольных реакций. Формирование скелета дезоксирибозы из малых молекул может облегчить синтез нуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы . [8] Например, DERA использовался в смеси пяти ферментов в биокаталитическом синтезе ислатравира . [9]

DERA используется в биокатализе Аторвастатина. Указана часть Аторвастатина, которая была получена в результате реакции, катализируемой DERA.

DERA также использовался для проведения тандемных альдольных реакций с тремя альдегидными субстратами, при этом равновесие реакции определялось образованием шестичленного циклического полуацеталя. [10] Этот промежуточный продукт использовался в синтезе статиновых препаратов, таких как аторвастатин , [11] розувастатин и мевастатин . [12]

Природные DERA демонстрируют низкую толерантность к высоким концентрациям ацетальдегида [13] из-за образования высокореактивного промежуточного продукта кротональдегида , который необратимо инактивирует фермент. [14] Эта особенность затрудняет промышленное применение DERA, поскольку концентрация используемого ацетальдегида будет ограничена. Чтобы преодолеть это, была использована направленная эволюция для повышения толерантности DERA к ацетальдегиду до 400 мМ. [9]

Ссылки

  1. ^ Шамбр, Домитиль; Герар-Элен, Кристина; Дарий, Екатерина; Мариаж, Алин; Пети, Жан-Луи; Саланубат, Марсель; де Берардинис, Вероника; Лемэр, Мариэль; Хелейн, Вирджил (2019). «2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолаза, чрезвычайно толерантная к нуклеофильным субстратам альдолаза». Химические коммуникации . 55 (52): 7498–7501 . doi : 10.1039/c9cc03361k. ПМИД  31187106.
  2. ^ ab Heine, Andreas; Luz, John G.; Wong, Chi-Huey; Wilson, Ian A. (октябрь 2004 г.). «Анализ архитектуры сайта связывания альдолазы класса I на основе кристаллической структуры 2-дезоксирибозо-5-фосфатной альдолазы с разрешением 0,99Å». Journal of Molecular Biology . 343 (4): 1019– 1034. doi :10.1016/j.jmb.2004.08.066. PMID  15476818.
  3. ^ Лю, Цзюньцзе; Вонг, Чи-Хьюи (15 апреля 2002 г.). «Асимметричный синтез новых пиранозных синтонов, катализируемый альдолазой, как новый раздел гетероциклов и эпотилонов». Angewandte Chemie International Edition . 41 (8): 1404– 1407. doi :10.1002/1521-3773(20020415)41:8<1404::AID-ANIE1404>3.0.CO;2-G. PMID  19750780.
  4. ^ Локанат, Северная Каролина; Широмизу, И.; Осима, Н.; Нодаке, Ю.; Сугахара, М.; Ёкояма, С.; Курамицу, С.; Мияно, М.; Кунисима, Н. (1 октября 2004 г.). «Структура альдолазы Thermus thermophilus HB8, показывающая вклад олигомерного состояния в термостабильность». Acta Crystallographica Раздел D. 60 (10): 1816–1823 . doi : 10.1107/S0907444904020190. ISSN  0907-4449. ПМИД  15388928.
  5. ^ Дик, Маркус; Вайерграбер, Оливер Х.; Классен, Томас; Бистерфельд, Каролин; Брамски, Джулия; Гольке, Хольгер; Петрушка, Йорг (19 января 2016 г.). «Компромисс между стабильностью и активностью в экстремофильных альдолазах». Scientific Reports . 6 (1): 17908. Bibcode :2016NatSR...617908D. doi :10.1038/srep17908. PMC 4725968 . PMID  26783049. 
  6. ^ Ломакс, М.С.; Гринберг, Г.Р. (август 1968 г.). «Характеристики оперона deo: роль в использовании тимина и чувствительность к дезоксирибонуклеозидам». Журнал бактериологии . 96 (2): 501– 14. doi :10.1128/JB.96.2.501-514.1968. PMC 252324. PMID  4877128 . 
  7. ^ Саллерон, Лиза; Мажистрелли, Джованни; Мэри, Камилла; Фишер, Николас; Байрох, Амос; Лейн, Лиди (декабрь 2014 г.). «DERA — это дезоксирибозофосфатальдолаза человека, которая участвует в реакции на стресс». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1843 (12): 2913–2925 . doi : 10.1016/j.bbamcr.2014.09.007 . ПМИД  25229427.
  8. ^ HORINOUCHI, Nobuyuki; OGAWA, Jun; KAWANO, Takako; SAKAI, Takafumi; SAITO, Kyota; MATSUMOTO, Seiichiro; SASAKI, Mie; MIKAMI, Yoichi; SHIMIZU, Sakayu (22 мая 2014 г.). «Эффективное производство 2-дезоксирибозо-5-фосфата из глюкозы и ацетальдегида путем сочетания системы спиртовой ферментации пекарских дрожжей и экспрессии дезоксирибоальдолазы». Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry . 70 (6): 1371– 1378. doi : 10.1271/bbb.50648 . PMID  16794316. S2CID  22227871.
  9. ^ Аб Хаффман, Марк А.; Фрышковская, Анна; Альвизо, Оскар; Борра-Гарске, Марджи; Кампос, Кевин Р.; Канада, Кейт А.; Дивайн, Пол Н.; Дуань, Да; Форстейтер, Джейкоб Х.; Гроссер, Шейн Т.; Хэлси, Холст М.; Хьюз, Грегори Дж.; Джо, Джунён; Джойс, Лео А.; Колев, Джошуа Н.; Лян, Джек; Мэлони, Кевин М.; Манн, Бенджамин Ф.; Маршалл, Николас М.; Маклафлин, Марк; Мур, Джеффри С.; Мерфи, Грант С.; Наврат, Кристофер С.; Назор, Йована; Новик, Скотт; Патель, Ники Р.; Родригес-Гранильо, Агустина; Робер, Сандра А.; Шерер, Эдвард К.; Труппо, Мэтью Д.; Уиттакер, Аарон М.; Верма, Диптак; Сяо, Ли; Сюй, Инджу; Ян, Хао (5 декабря 2019 г.). «Разработка биокаталитического каскада in vitro для производства ислатравира». Наука . 366 (6470): 1255–1259 . Бибкод : 2019Sci...366.1255H. дои : 10.1126/science.aay8484 . PMID  31806816. S2CID  208738388.
  10. ^ GIJSEN, HJM; WONG, C.-H. (18 августа 2010 г.). "ChemInform Abstract: Unprecedented Asymmetric Aldol Reactions with Three Aldehyde Substrates Catalyzed by 2-Deoxyribose-5-Phoft Aldolase". ChemInform . 26 (15): no. doi :10.1002/chin.199515259. ISSN  0931-7597.
  11. ^ Jennewein, Stefan; Schürmann, Martin; Wolberg, Michael; Hilker, Iris; Luiten, Ruud; Wubbolts, Marcel; Mink, Daniel (май 2006 г.). «Направленная эволюция промышленного биокатализатора: 2-дезокси-D-рибозо-5-фосфатальдолаза». Biotechnology Journal . 1 (5): 537– 548. doi :10.1002/biot.200600020. PMID  16892289.
  12. ^ Патель, Рамеш Н. (апрель 2018 г.). «Биокатализ для синтеза фармацевтических препаратов». Биоорганическая и медицинская химия . 26 (7): 1252– 1274. doi :10.1016/j.bmc.2017.05.023. PMID  28648492.
  13. ^ Харидас, Мира; Абдельрахим, Эман ММ; Ханефельд, Ульф (3 октября 2018 г.). «2-Дезокси-d-рибозо-5-фосфат альдолаза (DERA): приложения и модификации». Прикладная микробиология и биотехнология . 102 (23): 9959– 9971. doi : 10.1007/s00253-018-9392-8 . PMC 6244999. PMID  30284013 . 
  14. ^ Дик, Маркус; Хартманн, Рудольф; Вайерграбер, Оливер Х.; Бистерфельд, Каролин; Классен, Томас; Швартен, Мелани; Нойдекер, Филипп; Вильбольд, Дитер; Петрушка, Йорг (2016). «Ингибирование альдолазы на основе механизма при высоких концентрациях ее естественного субстрата ацетальдегида: структурные идеи и защитные стратегии». Chemical Science . 7 (7): 4492– 4502. doi : 10.1039/c5sc04574f . PMC 6016325 . PMID  30155096. 
  • Hoffee PA (1968). "2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолаза Salmonella typhimurium: очистка и свойства". Arch. Biochem. Biophys . 126 (3): 795– 802. doi :10.1016/0003-9861(68)90473-6. PMID  4879701.
  • Jedziniak JA, Lionetti FJ (1970). «Очистка и свойства дезоксирибоальдолазы из эритроцитов человека». Biochim. Biophys. Acta . 212 (3): 478– 87. doi :10.1016/0005-2744(70)90254-8. PMID  4989681.
  • Racker E (1952). «Ферментативный синтез и расщепление дезоксирибозофосфата». J. Biol. Chem . 196 (1): 347–65 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)55739-2 . PMID  12980976.
  • Hoffee P, Rosen OM, Horecker BL (1965). "Механизм действия альдолаз. VI. Кристаллизация дезоксирибозо-5-фосфат альдолазы и количество активных участков". J. Biol. Chem . 240 (4): 1512– 1516. doi : 10.1016/S0021-9258(18)97465-X . PMID  14285485.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Дезоксирибозо-фосфат_альдолаза&oldid=1247038935"