Глюкозамин-фосфат N-ацетилтрансфераза
глюкозамин 6-фосфат N-ацетилтрансфераза
Глюкозамин 6-фосфат N-ацетилтрансфераза 1, гомодимер, человек
Идентификаторы
Номер ЕС2.3.1.4
Номер CAS9031-91-8
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

В энзимологии глюкозамин-фосфат N-ацетилтрансфераза (ГНА) ( КФ 2.3.1.4) представляет собой фермент , который катализирует перенос ацетильной группы от ацетил-КоА к первичному амину в глюкозамид-6-фосфате , образуя свободный КоА и N-ацетил-D-глюкозамин-6-фосфат. [1]

Этот фермент принадлежит к семейству трансфераз , группе ферментов, которые переносят очень специфическую функциональную группу, в данном случае ацетил, от донора к рецептору. В частности, этот фермент можно охарактеризовать как часть семейства ацилтрансфераз , поскольку он включает перенос общей ацильной группы с метилом в качестве заместителя.

Номенклатура

Систематическое название этого класса ферментов — ацетил-КоА:D-глюкозамин-6-фосфат N-ацетилтрансфераза. Другие названия, которые обычно используются, включают фосфоглюкозаминтрансацетилазу, фосфоглюкозаминацетилазу, глюкозамин-6-фосфатацетилазу, D-глюкозамин-6-P N-ацетилтрансферазу, аминодезоксиглюкозофосфатацетилтрансферазу, глюкозамин-6-фосфатацетилазу, глюкозамин-6-фосфат N-ацетилтрансферазу, N-ацетилглюкозамин-6-фосфатсинтазу, фосфоглюкозамин N-ацетилазу, глюкозамин-фосфат N-ацетилтрансферазу и глюкозамин-6-фосфат N-ацетилтрансферазу.

Функция

Этот фермент является частью пути биосинтеза гексозамина [2] (HBP), который является одним из путей переработки глюкозы в общем метаболизме. Этот путь разделяет начальные два этапа с гликолизом и отклоняет лишь небольшую часть потока глюкозы от этого более традиционного гликолитического пути. Поэтому он благоприятствует, когда существует отрицательная обратная связь в регуляции гликолиза, как в случае большого количества свободных жирных кислот . Конечным продуктом этого пути является UDP-N-ацетилглюкозамин , который участвует в модификации сложных молекул, таких как гликолипиды , протеогликаны [3] и гликопротеины . Этот конечный продукт действует как переносчик N-ацетилглюкозамина , который является мономерной единицей хитина [4], структурного полимера , который составляет панцири ракообразных и насекомых , а также клеточную стенку грибов . Кроме того, N-ацетилглюкозамин также является единицей полимера пептидогликана , который составляет клеточную стенку бактерий [5] вместе с N-ацетилмурамовым дисахаридом.

Рисунок 1: Как показано на рисунке, существует два возможных пути получения UDP-N-ацетил-D-глюкозамида из D-фруктозо-6-фосфата. У эукариот присутствует GNA, и ацетилирование происходит до переноса фосфата с 6-углерода на 1-углерод. У прокариот порядок инвертирован, и субстратом ацилирования является скорее D-глюкозамид-1-фосфат, а один фермент катализирует как перенос углерода, так и связывание UTP, генерируя непосредственно UDP-GlcNAc (UDP-N-ацетил-D-глюкозамид). Рисунок воспроизведен из. [6]

Более конкретно, фермент GNA катализирует четвертый этап пути HBP у эукариот , способствуя переносу углерода от ацетил-КоА к другому субстрату, D-глюкозамин-6-фосфату, который в конечном итоге даст UDP-N-ацетилглюкозамин . Это небольшой, но важный химический этап, который имеет решающее значение для свойств субпродуктов этого метаболического пути. Ацетилирование осуществляется до самого конечного продукта пути гексамина и очень характерно для полимеров, образованных с N-ацетилглюкозамином . Например, это составляет одно из основных различий в молекулярной структуре хитина и целлюлозы [7] и объясняет многие физические и химические свойства этих полимеров. В случае хитина , например, вычислительные исследования показали, что ацилирование способствует образованию водородных связей , которые стабилизируют кристаллическую структуру этого полимера, обеспечивая большую устойчивость к разрушению. [8]

Тем не менее, в прокариотическом метаболизме путь биосинтеза гексозамина следует другой стадии реакции, в которой другой фермент действует на те же характерные субстраты [6] (рисунок 1). У прокариот перенос фосфата с 6-углерода на 1-углерод происходит до ацилирования, так что субстратом реакции добавления углерода является глюкозамин-1-фосфат, а не D-глюкозамин-6-фосфат. На этот раз ферментом, ответственным за ацетилирование, является бифункциональный белок glmU (N-ацетилглюкозамин-1-фосфат уридилтрансфераза), [9] , который также катализирует добавление UDP к фосфатной группе на N-ацетил-D-глюкозамин-1-фосфате.

У людей глюкозамин-фосфат N-ацетилтрансфераза представляет собой димер с двумя идентичными субъединицами , [10] и кодируется в гене GNPNAT [11] (символ HGNC). Более конкретно, фермент сильно экспрессируется в тканях печени , желудка и желудочно-кишечного тракта, а внутри клетки он находится в эндосомах и в аппарате Гольджи (по аннотации вручную). [11]

Механизм

Схема, демонстрирующая реакцию, катализируемую глюкозамин-6-фосфат N-ацетилтрансферазой, на которой ацильная группа синего цвета переносится от ацетил-КоА к гексозаминовому глюкозамин-6-фосфату. [12]

Молекулярная структура реакции, катализируемой GNA, показана ниже, при этом перенесенная ацетильная группа выделена синим цветом.

Общий механизм реакции, постулируемый для ацетилирования N-конца белка (вдохновленный механизмом ацетилирования лизина) с ацетил-КоА, включает нуклеофильную атаку аминогруппы (в данном случае из D-глюкозамин-6-фосфата) на терминальный карбонил в переносе углерода, что приводит к образованию промежуточного тетраэдрического углерода. [13] Реакция протекает с восстановлением карбонила путем удаления КоА как уходящей группы, так что теперь ацетильная группа связана с аминогруппой в другом субстрате.

В частности, для этого катализатора N-ацетилтрансферазы исследования с ферментом GNA S. cerevisiae показали, что некоторые специфические аминокислоты способствуют связыванию субстрата, повышению нуклеофильности аминогруппы и, наконец, катализу, что подтверждает постулированный механизм, описанный выше. [14] Glu98, Asp99 и Ile100 поляризуют карбонильную связь в ацетил-КоА , увеличивая электрофильность углерода , а также стабилизируя тетраэдрический промежуточный углерод. Tyr143 отвечает за стабилизацию тиолатного аниона, благоприятствуя S-КоА как уходящей группе от тетраэдрического углерода. Наконец, Asp134 усиливает нуклеофильность аминогруппы в D - глюкозамид -6-фосфате, передавая электронную плотность атому азота . В другом организме, C. albicans , был обнаружен аналогичный набор аминокислот, необходимых для каталитической активности [15] , соответственно система Glu88-Asp-89-Ile90, Asp125 и Tyr133.

Структура

Рисунок 3: Кристаллическая структура GNA, прикрепленного к субстратам. Структура из базы данных белков [16]

По состоянию на конец 2019 года было решено 13 структур для этого класса ферментов у разных видов с кодами доступа PDB 1I12 ( Saccharomyces cerevisiae ), 1I1D ( Saccharomyces cerevisiae ), 1I21 ( Saccharomyces cerevisiae ), 2HUZ ( Homo sapiens ), 2O28 ( Homo sapiens ), 4AG7 ( Caenorhabditis elegans ) и другими.

Рисунок 3 показывает предполагаемую кристаллическую структуру GNA у людей [ 17] , где каждая каталитическая субъединица имеет свой цвет. Ацетил-КоА, связанный с ферментом, показан светло-розовым, а продукт, все еще связанный с каталитическим сайтом, показан фиолетовым. Перенесенная ацетильная группа в продукте N-ацетил-D-глюкозамин-6-фосфата фиолетового цвета показана желтым. Эта предлагаемая 3d-структура белка показывает , что определенные части субстратов, участвующих в этой реакции, — конечный конец линейной части ацетил-КоА и азотная группа, присоединенная к кольцу глюкозамина, — находятся в большой близости.

Ссылки

  1. ^ Kato N, Mueller CR, Wessely V, Lan Q, Christensen BM (июнь 2005 г.). «Москитная глюкозамин-6-фосфат N-ацетилтрансфераза: кДНК, структура гена и кинетика фермента». Биохимия насекомых и молекулярная биология . 35 (6): 637–46. Bibcode : 2005IBMB...35..637K. doi : 10.1016/j.ibmb.2005.02.005. PMID  15857769.
  2. ^ Шварцер М., Донст Т. (2016). Руководство ученого по сердечному метаболизму . Academic Press. стр. 39–55. ISBN 9780128023945.
  3. ^ Kim YH, Nakayama T, Nayak J (январь 2018 г.). «Гликолиз и путь биосинтеза гексозамина как новые мишени для воспаления верхних и нижних дыхательных путей». Allergy, Asthma & Immunology Research . 10 (1): 6–11. doi :10.4168/aair.2018.10.1.6. PMC 5705485. PMID  29178672 . 
  4. ^ Cohen E (октябрь 2001 г.). «Синтез и ингибирование хитина: пересмотр». Pest Management Science . 57 (10): 946–50. doi :10.1002/ps.363. PMID  11695188.
  5. ^ Meroueh SO, Bencze KZ, Hesek D, Lee M, Fisher JF, Stemmler TL, Mobashery S (март 2006 г.). «Трехмерная структура пептидогликана бактериальной клеточной стенки». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (12): 4404–9. Bibcode : 2006PNAS..103.4404M. doi : 10.1073/pnas.0510182103 . PMC 1450184. PMID  16537437 . 
  6. ^ ab Riegler H, Herter T, Grishkovskaya I, Lude A, Ryngajllo M, Bolger ME, Essigmann B, Usadel B (апрель 2012 г.). «Кристаллическая структура и функциональная характеристика N-ацетилтрансферазы глюкозамин-6-фосфата из Arabidopsis thaliana». The Biochemical Journal . 443 (2): 427–37. doi :10.1042/BJ20112071. PMID  22329777.
  7. ^ "Рис. 1 Химическая структура целлюлозы и хитина". ResearchGate . Получено 2019-03-15 .
  8. ^ Cui J, Yu Z, Lau D (январь 2016 г.). «Влияние ацетильной группы на механические свойства нанокристаллов хитина/хитозана: исследование молекулярной динамики». International Journal of Molecular Sciences . 17 (1): 61. doi : 10.3390/ijms17010061 . PMC 4730306 . PMID  26742033. 
  9. ^ Vithani N, Bais V, Prakash B (июнь 2014 г.). «GlmU (N-ацетилглюкозамин-1-фосфат уридилтрансфераза) связана с тремя ионами магния и АТФ в активном центре». Acta Crystallographica Section F . 70 (Pt 6): 703–8. doi :10.1107/S2053230X14008279. PMC 4051520 . PMID  24915076. 
  10. ^ Wang J, Liu X, Liang YH, Li LF, Su XD (сентябрь 2008 г.). «Связывание акцепторного субстрата, выявленное кристаллической структурой человеческой глюкозамин-6-фосфат N-ацетилтрансферазы 1». FEBS Letters . 582 (20): 2973–8. Bibcode : 2008FEBSL.582.2973W. doi : 10.1016/j.febslet.2008.07.040. PMID  18675810. S2CID  5131540.
  11. ^ ab "GNPNAT1 - Глюкозамин 6-фосфат N-ацетилтрансфераза - Homo sapiens (человек) - ген и белок GNPNAT1". www.uniprot.org . Получено 15.03.2019 .
  12. ^ "FlyBase - активность глюкозамин 6-фосфат N-ацетилтрансферазы".
  13. ^ Lim S, Smith KR, Lim ST, Tian R, Lu J, Tan M (2016-04-14). "Регуляция митохондриальных функций путем фосфорилирования и дефосфорилирования белков". Cell & Bioscience . 6 : 25. doi : 10.1186/s13578-016-0089-3 . PMC 4832502 . PMID  27087918. 
  14. ^ Mio T, Yamada-Okabe T, Arisawa M, Yamada-Okabe H (январь 1999). "Saccharomyces cerevisiae GNA1, важный ген, кодирующий новую ацетилтрансферазу, участвующую в синтезе UDP-N-ацетилглюкозамина". Журнал биологической химии . 274 (1): 424–9. doi : 10.1074/jbc.274.1.424 . PMID  9867860.
  15. ^ Milewski S, Gabriel I, Olchowy J (январь 2006 г.). «Ферменты биосинтеза UDP-GlcNAc в дрожжах». Дрожжи . 23 (1): 1–14. doi : 10.1002/yea.1337 . PMID  16408321. S2CID  39940329.
  16. ^ PDB : 2O28 ​; Плотников AN, Бочкарев A, Эдвардс AM, Эрроусмит CH, Сандстром M, Вайгельт J, и др. «Кристаллическая структура глюкозамин-фосфат N-ацетилтрансферазы 1». Всемирный банк данных о белках . doi :10.2210/pdb2o28/pdb.
  17. ^ Peneff C, Mengin-Lecreulx D, Bourne Y (май 2001 г.). «Кристаллические структуры Apo и комплексного Saccharomyces cerevisiae GNA1 проливают свет на каталитический механизм N-ацетилтрансферазы аминосахара». Журнал биологической химии . 276 (19): 16328–34. doi : 10.1074/jbc.M009988200 . PMID  11278591.


Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Глюкозамин-фосфат_N-ацетилтрансфераза&oldid=1247183636"