Геранилтрансфераза
| геранилтрансфераза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 2.5.1.10 | ||||||||
| Номер CAS | 37277-79-5 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| ИнтЭнз | IntEnz вид | ||||||||
| БРЕНДА | запись BRENDA | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme вид | ||||||||
| КЕГГ | запись KEGG | ||||||||
| МетаЦик | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Генная онтология | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
В энзимологии геранилтрансфераза ( КФ 2.5.1.10) — это фермент , катализирующий химическую реакцию
- геранилдифосфат + изопентенилдифосфатдифосфат + транс,транс-фарнезилдифосфат
Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются геранилдифосфат (предшественник с 10 атомами углерода) и изопентенилдифосфат (предшественник с 5 атомами углерода), тогда как его двумя продуктами являются дифосфат и транс,транс-фарнезилдифосфат (продукт с 15 атомами углерода). [1]
Этот фермент принадлежит к семейству трансфераз , в частности, тех, которые переносят арильные или алкильные группы, отличные от метильных групп.
Номенклатура
Систематическое название этого класса ферментов — геранил-дифосфат:изопентенил-дифосфат геранилтрансфераза. Другие названия, которые обычно используются, включают:
- фарнезил-дифосфатсинтаза
- геранилтрансфераза I
- пренилтрансфераза
- фарнезилпирофосфатсинтетаза
- фарнезилпирофосфатсинтетаза
Распространенные сокращения включают в себя: FPS, FDS, FPPS и FDPS.
Структура
Структура и механизм фарнезилпирофосфатсинтазы (FPPS), типа геранилтрансферазы, хорошо охарактеризованы. FPPS представляет собой ~30 кДа Mg2 + -зависимый гомодимерный фермент, который синтезирует (E, E)-фарнезилпирофосфат последовательно из двух эквивалентов изопентенилпирофосфата (IPP) и диметилаллилпирофосфата (DMAPP). [2]
FPPS принимает 3-слойную α-спиральную складчатость, характерную для многих пренилтрансфераз с 11 спиралями и гибкими петлями между ними. Расположенные в центре спирали (α4 и α8) содержат консервативные мотивы аспартата (DDXXD), которые участвуют в связывании субстрата и катализе. [3] Остатки аспартата мотива, кислороды воды и пирофосфат координируют три Mg2 + октаэдрическим образом. Трехъядерный комплекс Mg2 + имеет решающее значение для связывания DMAPP и стабилизации уходящей пирофосфатной группы, в то время как растущий углеводородный хвост вклинивается в глубокий гидрофобный карман. [2] Исследования направленного мутагенеза показали, что конечная длина изопреноидного продукта определяется объемными остатками (часто фенилаланином) у основания гидрофобного кармана. [4]
Механизм
На основании кристаллических структур и кинетических анализов предполагается, что FPPS катализирует реакцию конденсации в три согласованных этапа: (1) ионизация, (2) конденсация и (3) элиминирование. [2]
На первом этапе три Mg2 + стабилизируют анионную уходящую группу, пирофосфат, на диметилаллилпирофосфате (DMAPP). Потеря пирофосфата образует диметилаллиловый катион. На втором этапе реактивная двойная связь C3-C5 в изопентилпирофосфате (IPP) осуществляет нуклеофильную атаку на ранее образованный диметилаллиловый катион. На последнем этапе пирофосфат, удерживаемый в трехъядерном центре Mg2 +, действует как каталитическое основание в реакции элиминирования с образованием геранилпирофосфата. Второй последовательный раунд ионизации геранилпирофосфата, конденсации с IPP и элиминирования образует фарнезилпирофосфат. [2] [5]
Функция
Геранилтрансферазы — это эволюционно консервативный класс ферментов у архей, бактерий и эукариот, которые участвуют в широком спектре биосинтетических путей, включая пути холестерина , порфирина , каротиноидов , убихинона и изопреноидов . [3] Различные исследования обнаружили FPPS в хлоропластах, митохондриях, цитозоле и пероксисомах. [6] [7] [8]
В синтезе холестерина продукт, фарнезилпирофосфат, потребляется в восстановительной конденсации хвост-к-хвосту с другим фарнезилпирофосфатом, образуя 30-углеродное соединение, называемое скваленом, с помощью скваленсинтазы . [9] Через несколько дополнительных биосинтетических стадий сквален трансформируется в ланостерол , прямой предшественник холестерина. [10] Примечательно, что стерины контролируют экспрессию FPPS через два цис-регуляторных фактора (инвертированный CAAT-бокс и SRE-3) в проксимальном промоторе FPPS. [11] В растениях порфирин и каротиноиды представляют собой вспомогательные пигменты, которые помогают захватывать свет в фотосистемах . Убихинон является ключевым переносчиком электронов в цепи переноса электронов клеточного дыхания . Изопреноиды представляют собой большую группу соединений, которые служат биосинтетическими предшественниками липидов и гормонов . [6]
Фарнезил и геранилпирофосфат также служат предшественниками пренилированных белков. Пренилирование является распространенным типом ковалентной посттрансляционной модификации в C-концевых мотивах CaaX, что позволяет белкам локализоваться на мембранах или связываться друг с другом. Ярким примером первого является фарнезилирование малых G-белков, включая Ras , CDC42 , Rho и Rac. Присоединение гидрофобной алифатической цепи, как те, что присутствуют в фарнезил- или геранилгеранильных группах, позволяет малым G-белкам прикрепляться к мембранам и выполнять эффекторные функции. [12]
Нацеливание на наркотики
FPPS является целью бисфосфонатных препаратов, таких как Fosamax ( алендронат ) и Actonel ( ризедронат ). Бифосфонатные препараты обычно назначают при заболеваниях костей, включая болезнь Педжета , остеолитические метастазы и постменопаузальный остеопороз . Бифосфонатные препараты помогают поддерживать костную ткань у пациентов с остеопорозом и снижают уровень кальция в крови у пациентов с гиперкальциемией, ингибируя FPPS в остеокластах , реабсорбирующих кость . Тройной комплекс FPPS-IPP-ризендронат продемонстрировал, что ризендронат связывается с трехъядерным комплексом Mg2 + и взаимодействует с гидрофобным карманом аналогично DMAPP. [2] [13]
Ссылки
- ^ Линен Ф., Агранов Б.В., Эггерер Х., Хеннинг Ю., Мёслейн Э.М. (1959). «Zur Biosynthese der Terpene. VI гамма, гамма-диметил-аллил-пирофосфат и геранил-пирофосфат, биологические Vorstufen des Squalens». Энджью. Хим . 71 (21): 657–663. дои : 10.1002/ange.19590712102.
- ^ abcdef Hosfield DJ, Zhang Y, Dougan DR, Broun A, Tari LW, Swanson RV, Finn J (март 2004 г.). «Структурная основа ингибирования биосинтеза изопреноидов, опосредованного бисфосфонатом». Журнал биологической химии . 279 (10): 8526–9. doi : 10.1074/jbc.C300511200 . PMID 14672944.
- ^ ab Chen A, Kroon PA, Poulter CD (апрель 1994 г.). «Изопренилдифосфатсинтазы: сравнение последовательностей белков, филогенетическое дерево и предсказания вторичной структуры». Protein Science . 3 (4): 600–7. doi :10.1002/pro.5560030408. PMC 2142870 . PMID 8003978.
- ^ Tarshis LC, Proteau PJ, Kellogg BA, Sacchettini JC, Poulter CD (декабрь 1996 г.). «Регулирование длины цепи продукта изопренилдифосфатсинтазами». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (26): 15018–23. Bibcode : 1996PNAS...9315018T. doi : 10.1073 /pnas.93.26.15018 . PMC 26348. PMID 8986756.
- ^ Tarshis LC, Yan M, Poulter CD, Sacchettini JC (сентябрь 1994 г.). «Кристаллическая структура рекомбинантной фарнезилдифосфатсинтазы при разрешении 2,6 А». Биохимия . 33 (36): 10871–7. doi :10.1021/bi00202a004. PMID 8086404.
- ^ abc Dhar MK, Koul A, Kaul S (январь 2013 г.). «Фарнезилпирофосфатсинтаза: ключевой фермент в пути биосинтеза изопреноидов и потенциальная молекулярная мишень для разработки лекарств». New Biotechnology . 30 (2): 114–23. doi :10.1016/j.nbt.2012.07.001. PMID 22842101.
- ^ Sanmiya K, Ueno O, Matsuoka M, Yamamoto N (март 1999). «Локализация фарнезилдифосфатсинтазы в хлоропластах». Plant & Cell Physiology . 40 (3): 348–54. doi :10.1093/oxfordjournals.pcp.a029549. PMID 10353221.
- ^ Мартин Д., Пиулахс, доктор медицинских наук, Кунильера Н., Феррер А., Беллес X (март 2007 г.). «Митохондриальное нацеливание фарнезилдифосфатсинтазы является широко распространенным явлением у эукариот». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1773 (3): 419–26. дои : 10.1016/j.bbamcr.2006.11.015. ПМИД 17198737.
- ^ Tansey TR, Shechter I (2001). "Скваленсинтаза: структура и регуляция". Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol . Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology. 65 : 157–95. doi :10.1016/S0079-6603(00)65005-5. ISBN 9780125400657. PMID 11008488.
- ^ Liang PH, Ko TP, Wang AH (2002). «Структура, механизм и функция пренилтрансфераз». Eur. J. Biochem . 269 (14): 3339–54. doi :10.1046/j.1432-1033.2002.03014.x. PMID 12135472.
- ^ Ericsson J, Jackson SM, Edwards PA (октябрь 1996 г.). «Синергическое связывание белка, связывающего регуляторный элемент стерола, и NF-Y с промотором синтазы фарнезилдифосфата имеет решающее значение для регулируемой стеролом экспрессии гена». Журнал биологической химии . 271 (40): 24359–64. doi : 10.1074/jbc.271.40.24359 . PMID 8798690.
- ^ Sebti SM (апрель 2005 г.). «Фарнезилирование белков: значение для нормальной физиологии, злокачественной трансформации и терапии рака». Cancer Cell . 7 (4): 297–300. doi : 10.1016/j.ccr.2005.04.005 . PMID 15837619.
- ^ Guo RT, Cao R, Liang PH, Ko TP, Chang TH, Hudock MP, Jeng WY, Chen CK, Zhang Y, Song Y, Kuo CJ, Yin F, Oldfield E, Wang AH (июнь 2007 г.). «Бисфосфонаты воздействуют на несколько участков как цис-, так и транс-пренилтрансфераз». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (24): 10022–7. Bibcode : 2007PNAS..10410022G. doi : 10.1073/pnas.0702254104 . PMC 1877987. PMID 17535895 .
