Fosfoglikolat fosfataza - Phosphoglycolate phosphatase

Fosfoglikolat fosfataza
Fosfoglikolat fosfataza.png
1L6R dan hosil bo'lgan Ca2 + (ko'k) va FMT (sariq) biriktirilgan fosfoglikolat fosfataza dimerining tuzilishi.
Identifikatorlar
EC raqami3.1.3.18
CAS raqami9025-76-7
Ma'lumotlar bazalari
IntEnzIntEnz ko'rinishi
BRENDABRENDA kirish
ExPASyNiceZyme ko'rinishi
KEGGKEGG-ga kirish
MetaCycmetabolik yo'l
PRIAMprofil
PDB tuzilmalarRCSB PDB PDBe PDBsum
Gen ontologiyasiAmiGO / QuickGO

Fosfoglikolat fosfataza (PGP), shuningdek, odatda deb nomlanadi fosfoglikolat gidrolaza, 2-fosfoglikolat fosfataza, P-glikolat fosfatazava fosfoglikolat fosfataza, javobgar bo'lgan fermentdir katalizator konvertatsiya qilish 2-fosfoglikolat ichiga glikolat va fosfat. Fosfoglikolat fosfataza birinchi marta o'simliklar ichida o'rganilib, tozalangan, o'simliklardagi fotosintez uchun muhim yo'l bo'lgan fotorespiratuar 2-fosfoglikolat almashinuvida katta rol o'ynaydi. Vujudga kelishi fotorespiratsiya o'simliklarda, substratning o'ziga xosligi yo'qligi sababli rubisco, 2-fosfoglikolat va hosil bo'lishiga olib keladi 3-fosfogliserat (PGA). PGA normal mahsulotidir karboksilatsiya va ga kiradi Kalvin tsikli. Fosfoglikolat, bu kuchli inhibitor hisoblanadi fosfofruktokinaza va triosefosfat izomerazasi, tezda metabolizm qilinishi va foydali substratga aylanishi kerak va fosfoglikolat fosfataza 3-fosfogliseratning 2-fosfoglikolatdan energiya hisobiga qayta tiklanishidagi birinchi bosqichni katalizlaydi. ATP.

O'simliklarda uning faoliyati kashf etilganidan beri u inson hujayralarida tozalangan va shu bilan bog'liq 2,3-DPG tartibga solish.

Tuzilishi

Fosfoglikolat fosfatazaning strukturaviy tavsifi Termoplazma atsidofil (PDB 1L6R, rasm) dimerik fermentning monomerini aniqladi (ochiq ko'k va yashil rang bilan ko'rsatilgan) ikkita alohida domenni o'z ichiga oladi, kichikroq qopqoqli domen va katta yadroli domen. Katta domen topologiyasi saqlanib qolgan bo'lsa, kichikroq domenning tarkibiy o'zgarishi mavjud. Oqsilning faol joyi monomer orqali uzluksiz tunnel bo'lib, kislotali qoldiqlar bilan qoplanadi, bu xususiyat boshqa kislota fosfatazalariga mos keladi. Bundan tashqari, elektrostatik sirt tahlili nisbatan kislotali sirtni ko'rsatadi.[1]

Faol sayt va

Thermoplasma acidophilum-dan fosfoglikolat fosfatazaning kristallanishi natijasida rasmdagi ko'k sharlar tomonidan ko'rsatilgan 5 ta faol joy aniqlandi. Faol saytning asosiy qoldiqlari aspartat, lizin va serin.[1]

Mexanizm

Ushbu ferment. Oilasiga tegishli gidrolazalar, xususan harakat qilayotganlar fosforik monoester obligatsiyalar.

Fosfoglikolat fosfatazaning reaksiya mexanizmi:
2-fosfoglikolat + H2O glikolat + fosfat

Fosfoglikolatning gidrolizi bilan boshlanadi nukleofil aspartat qoldig'i tomonidan hujum elektrofil fosfoglikolatning fosforidir. Fosfat va glikolat o'rtasidagi bog'lanishning sezgirligi ikkita asosiy o'zaro ta'sir orqali kuchayadi. Kofaktor bilan o'zaro ta'sir, Mg2+, fosfat-kislorod aloqasini qutblanishga yordam beradi va shu sababli fosfor atomining elektrofilligini oshiradi. Fosfatning serin va lizin qoldiqlari bilan boshqa o'zaro ta'siri fosfor atomining elektrofilligini yanada oshiradi. Bundan tashqari, Mg2+ nukleofil aspartatni yo'naltiradi.[1]

Fosfat glikolat bog'lanishining yo'qolishi nukleofil aspartatning fosforillanishiga, oraliq ferment hosil bo'lishiga olib keladi,[2] faol joydan glikolat chiqariladi. Fosforlangan oraliq mahsulotning o'zaro ta'siri fosfat va lizin qoldig'i o'rtasidagi o'zaro ta'sir orqali barqarorlashadi. Mg2+ faol uchastkada joylashgan gidroksid ionini hosil qilish uchun suv molekulasini faollashtiradi, so'ngra fosforillangan aspartatni gidrolizlaydi va fosfatni bo'shatganda faol fermentni qayta tiklaydi.

Funktsiya

O'simliklar

Ilgari fosfoglikolat fosfatazni o'z ichiga olgan fotorespiratuar glikolat mexanizmining evolyutsiyasi murakkab o'simliklarda fotosintez uchun juda zarur va zarur emas deb ishonilgan siyanobakteriyalar COni konsentratsiya qilish qobiliyati tufayli2 va shunga o'xshash fotopaspiratsiyadan qoching C4 o'simliklar. Biroq, siyanobakteriya modeli ichida uch xil fosfoglikolat metabolizm yo'llarini topish Sinekotsist sp. PCC 6803 shtammidan kelib chiqadiki, siyanobakteriyalar nafaqat kislorodli fotosintezning evolyutsion kelib chiqishi, balki qadimgi fotorespiratuar fosfoglikolat metabolizmi ham bo'lishi mumkin. endosimbiyotik tarzda o'simliklarga.[3][4]

S markalash orqali alglarda fosfoglikolik kislota borligini ko'rsatgan avvalgi tadqiqotlar asosida14O2 va P28-ortofosfat, Richardson va Tolbert birinchi bo'lib tamaki barglarida fosfoglikolat uchun xos bo'lgan fosfataza faolligini topdilar.[5] Fermentning pH optimalligi 6,3, Mg2+ yoki Mn2+ kabi ionlar kofaktorlar faoliyat uchun zarur bo'lgan. Mg2+ maksimal darajada hosil berishi doimiy ravishda qayd etilgan oborot darajasi. Boshqa tadqiqotlarda Co2+ ikki valentli kofaktor vazifasini ham bajarishi mumkin. Bundan tashqari, Ca2+, ikki valentli bo'lishiga qaramay, fosfoglikolat fosfatazasini fermentativ faolligining 90% dan yuqori darajasida Mg uchun raqobatbardosh inhibitori sifatida harakat qilib inhibe qiladi.2+.[6] Nihoyat, Cl− past konsentratsiyalarda (50mM gacha) faollashishi mumkin, ammo yuqori konsentratsiyalarda xlor ionlari fosfoglikolatga nisbatan raqobatdosh inhibitorlar vazifasini bajaradi.[1] Ferment xloroplastga lokalizatsiya qilinadi va o'simliklarni o'rganish, C ni o'z ichiga oladi14O2 fosfoglikolat fosfataza faolligi xloroplastdan glikolatning harakatlanishiga imkon beradi, degan xloroplastning tashqarisida etiketli glikolat aniqlangan nurda fiksatsiya.[7]

Eukaryotik yashil algning fotorespiratuar mutanti bo'lganda Chlamydomonas reinhardtii o'rganildi, mutant shtamm CO ning yuqori konsentratsiyasini talab qiladigan shartli o'limga olib keladigan o'sish fenotipi bilan aniqlandi2 o'sish uchun. Katta fosfoglikolat to'planishini va glikolat yig'ilishining yo'qligini kuzatish CO ning yo'qligi yoki mutatsiyasining mumkin bo'lgan sababini chiqarib tashladi.2- kontsentratsiyalash mexanizmi va fosfoglikolat fosfataza yo'qligi yoki etishmasligi ko'rsatilgan. Tadqiqot natijalariga ko'ra mutant fenotip bir genli yadro mutatsiyasidan kelib chiqqan fosfoglikolat fosfataza etishmovchiligidan kelib chiqdi va keyinchalik uni pgp1 deb atashdi.[8] Kamchilik fotorespiratuar metabolik yo'lni inhibe qildi va keyinchalik fosfoglikolat to'planishi Kalvin tsiklini inhibe qildi.[9]

Ushbu dastlabki tadqiqotdan beri PGP1, PGP2 va PGP3 kabi uchta taxminiy PGP genlari aniqlandi. Xuddi shu mutant shtamm aniqlangandan 20 yil o'tgach, tadqiqotlarni boshlash Chlamydomonas reinhardtii pgp1 qo'shma mutatsiyasining davom etishiga qaramay, shartli o'limga olib keladigan fenotip endi mavjud emasligini aniqladi. Ushbu hodisani tushuntirish natijasida PGP2 geni regulyatsiya qilingan va pgp1 mutantidagi fenotipik reversiyaga yordam bergan degan xulosaga kelishdi.[10]

Arabidopsis thaliana - bu aniq aniqlangan fotorespiratsion mutantlar to'plamiga ega bo'lgan yagona o'simlik.[11] Ulardan biri 2PG fosfataza (PGLP) dan mahrum bo'lgan nokaut mutantidir. Masalan, ushbu mutantlarning normal o'sishi uchun yuqori darajadagi CO2 (1%) talab qilinadi.[11] Oddiy past CO2 sharoitida o'sish kuchli darajada buziladi.[11]

Sutemizuvchi

Qisman tozalash tahlili inson ekanligini ko'rsatdi eritrotsitlar tarkibida molekulyar og'irligi 72000 tsitoplazmik dimerik ferment sifatida fosfoglikolat fosfataza mavjud. Fermentning umumiy faolligining taxminan 5% membrana bilan bog'liq. U optimal pH qiymatini 6,7 ga teng va a ga ega Mayklis fosfoglikolat uchun 1 mM doimiy. Fermentning faolligi Mg2+- mustaqil. Co2+va kichikroq darajada Mn2+, Mg o'rnini bosishi mumkin2+.[12] Ammo, bu fermentga ikkala erkin Mg ham zarurligini ko'rsatdi2+ va fosfoglikolat, Mg2+-fosfoglikolat kompleksi fermentativ faollikka inhibitor ta'sir ko'rsatadi.[13]

1977 yilda Badvey odamning eritrotsitlaridagi fosfoglikolat fosfataza faolligini birinchi marta namoyish qildi va ferment faolligi qizil hujayralarni bexosdan hosil bo'lgan fosfoglikolatdan himoya qilishi mumkin, deb taxmin qildi, u piruvat kinaz bilan sintezlanadi.[14] Fosfoglikolat fosfatazaning insonning qizil qon hujayralaridagi ta'siri, uning substrat - fosfoglikolat fermentning kuchli faollashtiruvchisi ekanligi aniqlanganda aniqlandi. 2,3-bifosfogliserat fosfataza (2,3-DPG), metabolik reaktsiyasini katalizlovchi boshqa gidrolaza 2,3-bifosfogliserat 3-fosfogliseratga. 0,02 mM fosfoglikolat ishtirokida 2,3-DPG ning fosfataza faolligi 1000 martadan ko'proq faollashadi.[15]

Fosfoglikolat fosfatazaning 2,3-PGA regulyatsiyasidagi ta'siri fermentning funktsional versiyasiga ega bo'lishning muhimligini ko'rsatadi. Barcha hayvon to'qimalarida 2,3-PGA glikolitik ferment kofaktori, fosfogliserat mutazasi sifatida muhimdir.[15] Eng muhimi, 2,3-PGA sintezi va parchalanishi gemoglobinning kislorod bilan bog'lanishini tartibga solish uchun juda muhimdir va uning kontsentratsiyasining oshishi to'qimalarning oksijenatsiyasini kuchayishiga olib keladi, pasayish esa to'qima gipoksiyasiga olib kelishi mumkin. Shuning uchun 2,3-PGA ning metabolik parchalanishiga javobgar bo'lgan fermentning fosfoglikolat bilan faollashishi 2,3-PGA kontsentratsiyasini boshqarishda fosfoglikolat fosfatazani keltirib chiqarishi mumkin.[16]

Inson

Fosfoglikolat fosfataza elektroforetik jihatdan ajralib turadigan variant shakllarini namoyish etadi. Insonning barcha to'qimalarida, shu jumladan qizil hujayralarda, limfotsitlar va madaniyatli fibroblastlar, ichida eng yuqori fermentativ faollik qayd etildi skelet va yurak muskul. Genetik polimorfizmga oid tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, PGP insonning barcha to'qimalarida ifodalangan bitta autosomal lokusda uchta allel bilan aniqlanadi. Xomilalik to'qimalarning dastlabki kuzatuvlari shuni ko'rsatadiki, PGP lokusi ham bachadon ichidagi hayot davomida to'liq namoyon bo'ladi. Dastlabki tadqiqotlar, shuningdek, Evropaning kichik aholisi ichida 6 ta fenotipni aniqlash bilan ko'rsatilgan sezilarli genetik o'zgarishni ko'rsatdi.[17]

Adabiyotlar

  1. ^ a b v d Kim Y, Yakunin AF, Kuznetsova E, Xu X, Pennycooke M, Gu J, Cheung F, Proudfoot M, Arrowsmith CH, Joachimiak A, Edvards AM, Kristendat D (2004 yil yanvar). "Thermoplasma acidophilum dan yangi fosfoglikolat fosfataza tuzilishi va funktsiyasiga asoslangan tavsifi". Biologik kimyo jurnali. 279 (1): 517–26. doi:10.1074 / jbc.M306054200. PMC  2795321. PMID  14555659.
  2. ^ Christeller JT, Tolbert NE (mart 1978). "Fosfoglikolat fosfataza mexanizmi. Gidroliz va transfosforillanish, substrat analoglari va sulfhidrilni inhibatsiyasi". Biologik kimyo jurnali. 253 (6): 1791–8. PMID  204631.
  3. ^ Eisenhut M, Rut V, Xaimovich M, Bauve H, Kaplan A, Xagemann M (noyabr 2008). "Fotorespiratuar glikolat metabolizmi siyanobakteriyalar uchun juda muhimdir va o'simliklarga endosimbiotik tarzda etkazilgan bo'lishi mumkin". Amerika Qo'shma Shtatlari Milliy Fanlar Akademiyasi materiallari. 105 (44): 17199–204. Bibcode:2008 yil PNAS..10517199E. doi:10.1073 / pnas.0807043105. PMC  2579401. PMID  18957552.
  4. ^ Hagemann M, Eisenhut M, Hackenberg C, Bauwe H (2010-01-01). "Siyanobakteriyalarda fotorespiratuar 2-fosfoglikolat almashinuvining yo'li va ahamiyati". Fototrofik prokaryotlarning so'nggi yutuqlari. Eksperimental tibbiyot va biologiyaning yutuqlari. 675. 91-108 betlar. doi:10.1007/978-1-4419-1528-3_6. ISBN  978-1-4419-1527-6. PMID  20532737.
  5. ^ Richardson KE, Tolbert NE (1961 yil may). "Fosfoglikolik kislota fosfataza". Biologik kimyo jurnali. 236 (5): 1285–90. PMID  13741300.
  6. ^ Mamedov TG, Suzuki K, Miura K, Kucho Ki K, Fukuzava H (2001 yil dekabr). "Eukaryotik yashil alg Chlamydomonas reinhardtii dan fosfoglikolat fosfataza xususiyatlari va ketma-ketligi". Biologik kimyo jurnali. 276 (49): 45573–9. doi:10.1074 / jbc.M103882200. PMID  11581250.
  7. ^ Yu YL, Tolbert NE, Orth GM (1964 yil iyul). "Fosfoglikolat fosfatazani ajratish va tarqatish". O'simliklar fiziologiyasi. 39 (4): 643–7. doi:10.1104 / s.39.4.643. PMC  550139. PMID  16655977.
  8. ^ Suzuki K, Marek LF, Spalding MH (1990 yil may). "Chlamydomonas reinhardtii fotorespiratsion mutanti". O'simliklar fiziologiyasi. 93 (1): 231–7. doi:10.1104 / pp.93.1.231. PMC  1062493. PMID  16667440.
  9. ^ Anderson LE, Pakold I (1972 yil mart). "Xloroplast va sitoplazmatik fermentlar: IV. No'xat bargi fruktoza 1,6-difosfat Aldolazalar". O'simliklar fiziologiyasi. 49 (3): 393–7. doi:10.1104 / s.49.3.393. PMC  365972. PMID  16657968.
  10. ^ Ma Y, Xartman MM, Moroney QK (yanvar 2013). "Uchta fosfoglikolat fosfataza genlarining yovvoyi turidagi transkripsiyaviy tahlili va plam1 mutantining Chlamydomonas Reinhardtii". Oziq-ovqat, yoqilg'i va kelajak uchun fotosintez tadqiqotlari. Xitoyda ilm-fan va texnologiyaning rivojlangan mavzulari. Berlin Heidelberg: Springer. 315-318 betlar. doi:10.1007/978-3-642-32034-7_66. ISBN  978-3-642-32033-0.
  11. ^ a b v Timm S, Mielewczik M, Florian A, Frankenbax S, Dreysen A, Xokken N, Ferni AR, Valter A, Bauve H (17-avgust 2012). "CO2 ning yuqori darajadan pastgacha moslashishi fotorespiratuar yo'lning plastisiyasini aniqlaydi va Arabidopsisning uyali metabolizmiga bog'liqligini ko'rsatadi". PLOS ONE. 7 (8): e42809. Bibcode:2012PLoSO ... 742809T. doi:10.1371 / journal.pone.0042809. PMC  3422345. PMID  22912743.
  12. ^ Zecher R, Wolf HU (1980 yil oktyabr). "Inson eritrotsitlari fosfoglikolat fosfatazasining qisman tozalanishi va tavsifi". Biokimyoviy jurnal. 191 (1): 117–24. doi:10.1042 / bj1910117. PMC  1162188. PMID  6258579.
  13. ^ Rose ZB (may 1981). "Fosfoglikolat fosfataza insonning qizil qon hujayralaridan". Biokimyo va biofizika arxivlari. 208 (2): 602–9. doi:10.1016 / 0003-9861 (81) 90549-x. PMID  6266352.
  14. ^ Badvi JA (1977 yil aprel). "Inson eritrotsitlaridagi fosfoglikolat fosfataza". Biologik kimyo jurnali. 252 (7): 2441–3. PMID  14966.
  15. ^ a b Rose ZB, Liebowitz J (iyun 1970). "Inson eritrotsitlaridan 2,3-difosfogliserat fosfataza. Umumiy xususiyatlari va anionlar tomonidan faollashishi". Biologik kimyo jurnali. 245 (12): 3232–41. PMID  4317427.
  16. ^ MacDonald R (iyun 1977). "Qizil hujayra 2,3-difosfogliserat va kislorodga yaqinlik". Anesteziya. 32 (6): 544–53. doi:10.1111 / j.1365-2044.1977.tb10002.x. PMID  327846. S2CID  35235969.
  17. ^ Barker RF, Xopkinson DA (oktyabr 1978). "Inson fosfoglikolat fosfatazasining genetik polimorfizmi (PGP)". Inson genetikasi yilnomalari. 42 (2): 143–51. doi:10.1111 / j.1469-1809.1978.tb00644.x. PMID  215071. S2CID  24895851.