Неорганическая пирофосфатаза
Группа белков, обладающих неорганической пирофосфатазной активностью
неорганическая пирофосфатаза
Пирофосфатаза (неорганическая) гексамер, E.Coli
Идентификаторы
Номер ЕС3.6.1.1
Номер CAS9024-82-2
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
Растворимая неорганическая пирофосфатаза
Структура растворимой неорганической пирофосфатазы, выделенной из Thermococcus litoralis ( PDB : 2PRD ​).
Идентификаторы
СимволПирофосфатаза
ПфамПФ00719
ИнтерПроIPR008162
ПРОСИТPS00387
КАТ2прд
СКОП22prd / SCOPe / SUPFAM
CDDcd00412
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры
пирофосфатаза (неорганическая) 1
Идентификаторы
СимволППА1
Альтернативные символыПП
ген NCBI5464
HGNC9226
ОМИМ179030
РефСекNM_021129
UniProtQ15181
Другие данные
ЛокусХр. 10 q11.1-q24
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
пирофосфатаза (неорганическая) 2
Идентификаторы
СимволППА2
ген NCBI27068
HGNC28883
ОМИМ609988
РефСекNM_176869
UniProtQ9H2U2
Другие данные
ЛокусХр. 4 q25
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Неорганическая пирофосфатаза (или неорганическая дифосфатаза , PPase ) — это фермент ( EC 3.6.1.1), который катализирует превращение одного иона пирофосфата в два иона фосфата . [1] Это высокоэкзергоническая реакция , и поэтому ее можно сочетать с неблагоприятными биохимическими превращениями, чтобы довести эти превращения до завершения. [2] Функциональность этого фермента играет решающую роль в метаболизме липидов (включая синтез и деградацию липидов), абсорбции кальция и формировании костей, [3] [4] и синтезе ДНК, [5], а также в других биохимических превращениях. [6] [7]

На сегодняшний день охарактеризованы два типа неорганических дифосфатаз , сильно отличающихся как по аминокислотной последовательности , так и по структуре : растворимые и трансмембранные пирофосфатазы, перекачивающие 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 перемещением протонов через биологические мембраны . [8] [9]

Структура

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-слоя . Было обнаружено, что форма неорганической пирофосфатазы, выделенная из Thermococcus litoralis, содержит в общей сложности 174 аминокислотных остатка и имеет гексамерную олигомерную организацию (рисунок 1). [10]

У людей есть два гена, кодирующих пирофосфатазу, PPA1 и PPA2. [11] PPA1 был отнесен к генному локусу на человеческой хромосоме 10 , [12] а PPA2 — к хромосоме 4. [ 13]

Механизм

Хотя точный механизм катализа через неорганическую пирофосфатазу в большинстве организмов остается неопределенным, исследования направленного мутагенеза в Escherichia coli позволили проанализировать активный центр фермента и идентифицировать ключевые аминокислоты . В частности, этот анализ выявил 17 остатков, которые могут иметь функциональное значение в катализе . [14]

Дальнейшие исследования показывают, что состояние протонирования Asp67 отвечает за модуляцию обратимости реакции в Escherichia coli . Было показано, что карбоксилатная функциональная группа этого остатка осуществляет нуклеофильную атаку на пирофосфатный субстрат , когда присутствуют четыре иона магния . Было показано, что прямая координация с этими четырьмя ионами магния и водородные связи с Arg43, Lys29 и Lys142 (все положительно заряженные остатки) закрепляют субстрат на активном сайте . Также предполагается, что четыре иона магния участвуют в стабилизации переходного состояния тригональной бипирамиды , что снижает энергетический барьер для вышеупомянутой нуклеофильной атаки. [14]

Несколько исследований также выявили дополнительные субстраты , которые могут действовать как аллостерические эффекторы. В частности, связывание пирофосфата (PPi) с эффекторным сайтом неорганической пирофосфатазы увеличивает скорость его гидролиза в активном сайте . [15] Также было показано, что АТФ действует как аллостерический активатор в Escherichia coli , [16] в то время как фторид , как было показано, ингибирует гидролиз пирофосфата в дрожжах . [17]

Биологическая функция и значение

Гидролиз неорганического пирофосфата (PPi) до двух фосфатных ионов используется во многих биохимических путях для того, чтобы сделать реакции фактически необратимыми. [18] Этот процесс является высокоэкзергоническим ( соответствует изменению свободной энергии приблизительно на −19 кДж ), и поэтому значительно увеличивает энергетическую выгодность реакционной системы при сочетании с обычно менее выгодной реакцией. [19]

Неорганическая пирофосфатаза катализирует эту реакцию гидролиза на ранних этапах деградации липидов , яркий пример этого явления. Способствуя быстрому гидролизу пирофосфата ( PPi ), неорганическая пирофосфатаза обеспечивает движущую силу для активации жирных кислот , предназначенных для бета-окисления . [19]

Прежде чем жирные кислоты смогут подвергнуться деградации для удовлетворения метаболических потребностей организма, они должны сначала быть активированы через тиоэфирную связь с коферментом А. Этот процесс катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой и происходит на внешней митохондриальной мембране . Эта активация осуществляется в два реактивных этапа: (1) жирная кислота реагирует с молекулой АТФ , образуя связанный с ферментом ациладенилат и пирофосфат (PPi), и (2) сульфгидрильная группа КоА атакует ациладенилат, образуя ацил-КоА и молекулу АМФ . Каждый из этих двух этапов обратим в биологических условиях, за исключением дополнительного гидролиза PPi неорганической пирофосфатазой. [19] 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, недавние исследования предположили большую степень эволюционной консервации структуры активного центра , а также механизма реакции на основе кинетических данных. [20] Анализ приблизительно одного миллиона генетических последовательностей, взятых у организмов в Саргассовом море, выявил последовательность из 57 остатков в областях, кодирующих протонную насосную 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 предполагает эволюционно древнее происхождение белка . [ 21]

Ссылки

  1. ^ Гарольд FM (декабрь 1966 г.). «Неорганические полифосфаты в биологии: структура, метаболизм и функция». Bacteriological Reviews . 30 (4): 772–94. doi :10.1128/MMBR.30.4.772-794.1966. PMC  441015 . PMID  5342521.
  2. ^ Terkeltaub RA (июль 2001 г.). «Генерация и распределение неорганического пирофосфата в патофизиологии». Американский журнал физиологии. Физиология клетки . 281 (1): C1–C11. doi :10.1152/ajpcell.2001.281.1.C1. PMID  11401820.
  3. ^ Оримо Х., Охата М., Фудзита Т. (сентябрь 1971 г.). «Роль неорганической пирофосфатазы в механизме действия паратгормона и кальцитонина». Эндокринология . 89 (3): 852–8. дои : 10.1210/endo-89-3-852. ПМИД  4327778.
  4. ^ Poole KE, Reeve J (декабрь 2005 г.). «Паратиреоидный гормон — анаболический и катаболический агент для костей». Current Opinion in Pharmacology . 5 (6): 612–7. doi :10.1016/j.coph.2005.07.004. PMID  16181808.
  5. ^ Нельсон, Дэвид Л.; Кокс, Майкл М. (2000). Lehninger Principles of Biochemistry, 3-е изд. Нью-Йорк: Worth Publishers. С. 937. ISBN 1-57259-153-6.
  6. ^ Ko KM, Lee W, Yu JR, Ahnn J (ноябрь 2007 г.). «PYP-1, неорганическая пирофосфатаза, необходима для развития личинок и функционирования кишечника у C. elegans». FEBS Letters . 581 (28): 5445–53. Bibcode : 2007FEBSL.581.5445K. doi : 10.1016/j.febslet.2007.10.047 . PMID  17981157. S2CID  40325661.
  7. ^ Usui Y, Uematsu T, Uchihashi T, Takahashi M, Takahashi M, Ishizuka M и др. (Май 2010 г.). «Неорганический полифосфат индуцирует остеобластическую дифференциацию». Journal of Dental Research . 89 (5): 504–9. doi :10.1177/0022034510363096. PMID  20332330. S2CID  44916855.
  8. ^ Perez-Castineira JR, Lopez-Marques RL, Villalba JM, Losada M, Serrano A (декабрь 2002 г.). "Функциональная комплементарность цитозольной пирофосфатазы дрожжей бактериальными и растительными H+-транслоцирующими пирофосфатазами". Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 99 (25): 15914–9. Bibcode :2002PNAS...9915914P. doi : 10.1073/pnas.242625399 . hdl :11441/26079. PMC 138539 . PMID  12451180. (Отозвано, см. doi :10.1073/pnas.2213841119, PMID  36084035. Если это преднамеренная ссылка на отозванную статью, замените на . ){{retracted|...}}{{retracted|...|intentional=yes}}
  9. ^ Baltscheffsky M, Schultz A, Baltscheffsky H (сентябрь 1999 г.). "H+ -PPases: a tight membrane-bound family". FEBS Lett . 457 (3): 527–33. Bibcode :1999FEBSL.457..527B. doi :10.1016/S0014-5793(99)90617-8. PMID  10523139. S2CID  12452334.
  10. ^ Тепляков А, Обмолова Г, Уилсон КС, Ишии К, Кадзи Х, Самеджима Т, Куранова И (июль 1994). "Кристаллическая структура неорганической пирофосфатазы из Thermus thermophilus". Protein Science . 3 (7): 1098–107. doi :10.1002/pro.5560030713. PMC 2142889 . PMID  7920256. 
  11. ^ Fairchild TA, Patejunas G (октябрь 1999). "Клонирование и профиль экспрессии человеческой неорганической пирофосфатазы". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура и экспрессия генов . 1447 (2–3): 133–6. doi :10.1016/s0167-4781(99)00175-x. PMID  10542310.
  12. ^ McAlpine PJ, Mohandas T, Ray M, Wang H, Hamerton JL (1976). «Присвоение локуса гена неорганической пирофосфатазы (PP) хромосоме 10 у человека». Cytogenetics and Cell Genetics . 16 (1–5): 201–3. doi :10.1159/000130590. PMID  975879.
  13. ^ "PPA2 пирофосфатаза (неорганическая) 2 [Homo sapiens (человек)]". NCBI Gene .
  14. ^ ab Yang L, Liao RZ, Yu JG, Liu RZ (май 2009). "Исследование DFT механизма неорганической пирофосфатазы Escherichia coli". Журнал физической химии B . 113 (18): 6505–10. doi :10.1021/jp810003w. PMID  19366250.
  15. ^ Ситник ТС, Аваева СМ (январь 2007). «Связывание субстрата в эффекторном центре пирофосфатазы увеличивает скорость его гидролиза в активном центре». Биохимия. Биохимия . 72 (1): 68–76. doi :10.1134/s0006297907010087. PMID  17309439. S2CID  19512830.
  16. ^ Родина EV, Воробьева NN, Курилова SA, Беленикин MS, Федорова NV, Назарова TI (январь 2007). "АТФ как эффектор неорганической пирофосфатазы Escherichia coli. Определение сайта связывания АТФ". Биохимия. Биохимия . 72 (1): 93–9. doi :10.1134/s0006297907010117. PMID  17309442. S2CID  21045503.
  17. ^ Смирнова ИН, Байков АА (октябрь 1983). "[Двухстадийный механизм ингибирования фторидом неорганической пирофосфатазы с использованием фторид-иона]". Биохимия . 48 (10): 1643–53. PMID  6139128.
  18. ^ Takahashi K, Inuzuka M, Ingi T (декабрь 2004 г.). «Клеточная сигнализация, опосредованная калфоглин-индуцированной активацией IPP и PGM». Biochemical and Biophysical Research Communications . 325 (1): 203–14. doi :10.1016/j.bbrc.2004.10.021. PMID  15522220.
  19. ^ abc Carman GM, Han GS (декабрь 2006 г.). «Роль ферментов фосфатидатфосфатазы в метаболизме липидов». Trends in Biochemical Sciences . 31 (12): 694–9. doi :10.1016/j.tibs.2006.10.003. PMC 1769311. PMID 17079146  . 
  20. ^ Cooperman BS, Baykov AA, Lahti R (июль 1992). «Эволюционная консервация активного центра растворимой неорганической пирофосфатазы». Trends in Biochemical Sciences . 17 (7): 262–6. doi : 10.1016/0968-0004(92)90406-y . PMID  1323891.
  21. ^ Хедлунд Дж., Кантони Р., Балтшеффски М., Балтшеффски Х., Перссон Б. (ноябрь 2006 г.). «Анализ древних мотивов последовательностей в семействе H-PPase». Журнал FEBS . 273 (22): 5183–93. doi :10.1111/j.1742-4658.2006.05514.x. PMID  17054711. S2CID  5718374.

Дальнейшее чтение

  • Бейли К., Уэбб ЕС (1944). «Очистка и свойства дрожжевой пирофосфатазы». Биохимический журнал . 38 (5): 394–8. doi :10.1042/bj0380394. PMC  1258115. PMID  16747821 .
  • Куниц М (январь 1952 г.). «Кристаллическая неорганическая пирофосфатаза, выделенная из пекарских дрожжей». Журнал общей физиологии . 35 (3): 423–50. doi :10.1085/jgp.35.3.423. PMC  2147340. PMID  14898026 .
  • Sarafian V, Kim Y, Poole RJ, Rea PA (март 1992 г.). «Молекулярное клонирование и последовательность кДНК, кодирующей пирофосфат-энергизированный вакуолярный мембранный протонный насос Arabidopsis thaliana». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 89 (5): 1775–9. Bibcode : 1992PNAS...89.1775S. doi : 10.1073/pnas.89.5.1775 . PMC  48535. PMID  1311852 .
  • Drozdowicz YM, Lu YP, Patel V, Fitz-Gibbon S, Miller JH, Rea PA (ноябрь 1999 г.). «Термостабильная вакуолярного типа мембранная пирофосфатаза из археи Pyrobaculum aerophilum: значение для происхождения насосов, питаемых пирофосфатом». FEBS Letters . 460 (3): 505–12. Bibcode : 1999FEBSL.460..505D. doi : 10.1016/S0014-5793(99)01404-0 . PMID  10556526. S2CID  44664144.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Неорганическая_пирофосфатаза&oldid=1247176510"