Гликозилтрансфераза
Класс ферментов
Большинство ферментов гликозилтрансферазы образуют одну из двух структур: GT-A или GT-B.

Гликозилтрансферазы ( GTFs , Gtfs ) — это ферменты ( EC 2.4 ), которые устанавливают естественные гликозидные связи . Они катализируют перенос сахаридных фрагментов из активированного нуклеотидного сахара (также известного как « гликозильный донор ») на нуклеофильную молекулу гликозильного акцептора , нуклеофил которого может быть на основе кислорода , углерода , азота или серы . [1]

Результатом переноса гликозила может быть углевод , гликозид , олигосахарид или полисахарид . Некоторые гликозилтрансферазы катализируют перенос на неорганический фосфат или воду . Перенос гликозила может также происходить на остатки белка , обычно на тирозин , серин или треонин, чтобы дать O-связанные гликопротеины , или на аспарагин, чтобы дать N-связанные гликопротеины. Маннозильные группы могут переноситься на триптофан , чтобы образовать C-маннозилтриптофан, который относительно распространен у эукариот. Трансферазы также могут использовать липиды в качестве акцептора, образуя гликолипиды , и даже использовать доноров фосфата сахара, связанных с липидами, таких как долихолфосфаты в эукариотических организмах или ундекапренилфосфат у бактерий.

Гликозилтрансферазы, которые используют доноров сахарных нуклеотидов, называются ферментами Лелуара , в честь Луиса Ф. Лелуара , ученого, который открыл первый сахарный нуклеотид и получил Нобелевскую премию по химии 1970 года за свою работу по углеводному обмену. Гликозилтрансферазы, которые используют доноров, не являющихся нуклеотидами, таких как долихол или полипренолпирофосфат , называются гликозилтрансферазами, не являющимися гликозилтрансферазами Лелуара .

Млекопитающие используют только 9 доноров сахарных нуклеотидов для гликозилтрансфераз: [2] UDP-глюкоза , UDP-галактоза , UDP-GlcNAc , UDP-GalNAc , UDP-ксилоза, UDP-глюкуроновая кислота , GDP-манноза , GDP-фукоза и CMP-сиаловая кислота. Фосфат(ы) этих донорных молекул обычно координируются двухвалентными катионами, такими как марганец, однако существуют и независимые от металла ферменты.

Многие гликозилтрансферазы являются однопроходными трансмембранными белками и обычно прикреплены к мембранам аппарата Гольджи [3].

Механизм

Гликозилтрансферазы можно разделить на «сохраняющие» или «инвертирующие» ферменты в зависимости от того, сохраняется ли стереохимия аномерной связи донора (α→α) или инвертируется (α→β) во время переноса. Механизм инвертирования прост и требует одной нуклеофильной атаки со стороны принимающего атома для инвертирования стереохимии.

Механизм удержания был предметом споров, но существуют веские доказательства против механизма двойного смещения (который вызвал бы две инверсии вокруг аномерного углерода для чистого удержания стереохимии) или диссоциативного механизма (распространенный вариант которого был известен как SNi). Был предложен «ортогональный ассоциативный» механизм, который, подобно инвертирующим ферментам, требует только одной нуклеофильной атаки акцептора с нелинейного угла (как это наблюдается во многих кристаллических структурах) для достижения удержания аномера. [4]

Обратимость реакции

Недавнее открытие обратимости многих реакций, катализируемых инвертирующими гликозилтрансферазами, послужило сдвигом парадигмы в этой области и поднимает вопросы относительно обозначения сахарных нуклеотидов как «активированных» доноров. [5] [6] [7] [8] [9]

Классификация по последовательности

Методы классификации на основе последовательностей оказались мощным способом создания гипотез о функции белка на основе выравнивания последовательностей с соответствующими белками. База данных ферментов, активных в отношении углеводов, представляет собой классификацию гликозилтрансфераз на основе последовательностей в более чем 90 семейств. [10] Ожидается, что в каждом из семейств будет наблюдаться та же самая трехмерная складка. [11]

Структура

В отличие от разнообразия трехмерных структур, наблюдаемых для гликозидгидролаз , гликозилтрансферазы имеют гораздо меньший диапазон структур. [12] [13] Фактически, согласно базе данных структурной классификации белков , для гликозилтрансфераз наблюдались только три различных сгиба . [14] Совсем недавно была идентифицирована новая сгибающая структура гликозилтрансферазы для гликозилтрансфераз, участвующих в биосинтезе полимерного остова NAG-NAM пептидогликана . [ 15]

Ингибиторы

Известно много ингибиторов гликозилтрансфераз. Некоторые из них являются натуральными продуктами, такими как моеномицин , ингибитор пептидогликангликозилтрансфераз, никкомицины , ингибиторы хитинсинтазы, и эхинокандины , ингибиторы грибковых β-1,3-глюкансинтаз . Некоторые ингибиторы гликозилтрансфераз используются в качестве лекарств или антибиотиков. Моеномицин используется в кормах для животных в качестве стимулятора роста. Каспофунгин был разработан из эхинокандинов и используется в качестве противогрибкового средства. Этамбутол является ингибитором микобактериальных арабинотрансфераз и используется для лечения туберкулеза. Луфенурон является ингибитором синтеза хитина у насекомых и используется для борьбы с блохами у животных. Синтетические ингибиторы гликозилтрансфераз на основе имидазолия были разработаны для использования в качестве противомикробных и антисептических средств. [16]

Определитель группы крови

Семейство белков
Семейство гликозилтрансфераз 6
Идентификаторы
СимволГТ6
ПфамПФ03414
ИнтерПроIPR005076
суперсемейство OPM199
белок ОПМ2rj6
Мембранома468
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры

Система групп крови АВО определяется типом гликозилтрансфераз, экспрессируемых в организме.

Локус гена ABO , экспрессирующий гликозилтрансферазы, имеет три основные аллельные формы: A, B и O. Аллель A кодирует 1-3-N-ацетилгалактозаминилтрансферазу, которая связывает α - N-ацетилгалактозамин с D-галактозным концом антигена H, образуя антиген A. Аллель B кодирует 1-3-галактозилтрансферазу, которая присоединяет α-D-галактозу, связанную с D-галактозным концом антигена H, создавая антиген B. В случае аллеля O экзон 6 содержит делецию, которая приводит к потере ферментативной активности. Аллель O немного отличается от аллеля A делецией одного нуклеотида - гуанина в позиции 261. Делеция вызывает сдвиг рамки считывания и приводит к трансляции почти совершенно другого белка, который лишен ферментативной активности. Это приводит к тому, что антиген H остается неизменным в случае групп O.

Сочетание гликозилтрансфераз обоих аллелей, присутствующих у каждого человека, определяет, имеет ли он группу крови AB, A, B или O.

Использует

Гликозилтрансферазы широко использовались как в целевом синтезе специфических гликоконъюгатов, так и в синтезе дифференциально гликозилированных библиотек лекарственных средств, биологических зондов или натуральных продуктов в контексте открытия и разработки лекарственных средств (процесс, известный как гликорандомизация ). [17] Подходящие ферменты могут быть выделены из природных источников или получены рекомбинантным путем. В качестве альтернативы были разработаны системы на основе целых клеток, использующие либо эндогенные гликозильные доноры, либо клеточные системы, содержащие клонированные и экспрессированные системы для синтеза гликозильных доноров. В бесклеточных подходах крупномасштабное применение гликозилтрансфераз для синтеза гликоконъюгатов потребовало доступа к большим количествам гликозильных доноров. С другой стороны, были разработаны системы рециркуляции нуклеотидов, которые позволяют ресинтезировать гликозильные доноры из высвобожденного нуклеотида. Подход с использованием рециркуляции нуклеотидов имеет еще одно преимущество: он уменьшает количество нуклеотидов, образующихся в качестве побочного продукта, тем самым уменьшая степень ингибирования интересующей гликозилтрансферазы — обычно наблюдаемую особенность побочного продукта нуклеотидов.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Уильямс, Г. Дж.; Торсон, Дж. С. (2009). "Гликозилтрансферазы натуральных продуктов: свойства и применение". Достижения в энзимологии . Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. Том 76. С.  55–119 . doi :10.1002/9780470392881.ch2. ISBN 9780470392881. PMID  18990828.
  2. ^ Etzler ME, Varki A, Cummings RL, Esko JD, Freeze HH, Hart GW, ред. (2008). Основы гликобиологии (2-е изд.). Plainview, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 978-0-87969-770-9.
  3. ^ Трансферазы в базе данных Membranome .
  4. ^ Шуман Б., Эванс С.В., Файлс Т.М. (август 2013 г.). «Геометрические атрибуты удерживающих ферментов гликозилтрансферазы благоприятствуют ортогональному механизму». PLOS ONE . ​​8 (8): e71077. Bibcode :2013PLoSO...871077S. doi : 10.1371/journal.pone.0071077 . PMC 3731257 . PMID  23936487. 
  5. ^ Чжан, C; Гриффит, BR; Фу, Q; Альберманн, C; Фу, X; Ли, IK; Ли, L; Торсон, JS (1 сентября 2006 г.). «Использование обратимости реакций, катализируемых гликозилтрансферазой природного продукта». Science . 313 (5791): 1291– 4. Bibcode :2006Sci...313.1291Z. doi :10.1126/science.1130028. PMID  16946071. S2CID  38072017.
  6. ^ Чжан, C; Альберманн, C; Фу, X; Торсон, JS (27 декабря 2006 г.). «Характеристика in vitro итеративной авермектингликозилтрансферазы AveBI выявляет обратимость реакции и гибкость сахарных нуклеотидов». Журнал Американского химического общества . 128 (51): 16420– 1. doi :10.1021/ja065950k. PMID  17177349.
  7. ^ Чжан, C; Фу, Q; Альберманн, C; Ли, L; Торсон, JS (5 марта 2007 г.). «Характеристика in vitro эритронолидной микарозилтрансферазы EryBV и ее применение в диверсификации макролидов». ChemBioChem . 8 (4): 385–90 . doi :10.1002/cbic.200600509. PMID  17262863. S2CID  45058028.
  8. ^ Чжан, C; Моретти, R; Цзян, J; Торсон, JS (13 октября 2008 г.). «Характеристика полиенгликозилтрансфераз AmphDI и NysDI in vitro». ChemBioChem . 9 (15): 2506– 14. doi :10.1002/cbic.200800349. PMC 2947747 . PMID  18798210. 
  9. ^ Gantt, RW; Peltier-Pain, P; Cournoyer, WJ; Thorson, JS (21 августа 2011 г.). «Использование простых доноров для управления равновесием реакций, катализируемых гликозилтрансферазой». Nature Chemical Biology . 7 (10): 685– 91. doi :10.1038/nchembio.638. PMC 3177962 . PMID  21857660. 
  10. ^ CAZypedia Гликозилтрансферазы
  11. ^ "CAZy Glycosyl Transferase". Архивировано из оригинала 2009-03-23 ​​. Получено 2009-08-25 .
  12. ^ Сингх, С; Филлипс ГН, младший; Торсон, Дж. С. (октябрь 2012 г.). «Структурная биология ферментов, участвующих в гликозилировании природных продуктов». Natural Product Reports . 29 (10): 1201– 37. doi :10.1039/c2np20039b. PMC 3627186. PMID  22688446 . 
  13. ^ Чанг, А; Сингх, С; Филлипс ГН, младший; Торсон, Дж. С. (декабрь 2011 г.). «Структурная биология гликозилтрансферазы и ее роль в разработке катализаторов гликозилирования». Current Opinion in Biotechnology . 22 (6): 800– 8. doi :10.1016/j.copbio.2011.04.013. PMC 3163058. PMID  21592771 . 
  14. ^ SCOP: Структурная классификация белков
  15. ^ Lovering AL, de Castro LH, Lim D, Strynadka NC (март 2007 г.). «Структурное понимание этапа трансгликозилирования биосинтеза бактериальной клеточной стенки». Science . 315 (5817): 1402– 5. Bibcode :2007Sci...315.1402L. doi :10.1126/science.1136611. PMID  17347437. S2CID  41658295.
  16. ^ Коцев, А; Меламед, Дж; Ван, С; Конг, Х; Влахакис, Дж. З.; Сюй, И; Шарек, ВА; Брокхаузен, И (июнь 2020 г.). «Ингибирование роста бактерий и активности галактозилтрансферазы WbwC солями α, ω-бис(3-алкил-1H-имидазолия)алкана: влияние различного содержания углерода». Биоорганическая и медицинская химия . 28 (11): 115494. doi:10.1016/j.bmc.2020.115494. PMID 32312486.
  17. ^ Gantt, RW; Peltier-Pain, P; Thorson, JS (октябрь 2011 г.). «Ферментативные методы глико(диверсификации/рандомизации) лекарств и малых молекул». Natural Product Reports . 28 (11): 1811– 53. doi :10.1039/c1np00045d. PMID  21901218.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Гликозилтрансфераза&oldid=1246474132"