Syntetaza glutationu - Glutathione synthetase

Syntetaza glutationu
Syntetaza glutationu 1M0W.png
Budowa syntetazy glutationowej w drożdżach . Generowany z 1M0W.
Identyfikatory
Symbol GSS
Gen NCBI 2937
HGNC 4624
OMIM 601002
RefSeq NM_000178
UniProt P48637
Inne dane
Numer WE 6.3.2.3
Umiejscowienie Chr. 20 q11.2
Eukariotyczna syntaza glutationu
PDB 2hgs EBI.jpg
Ludzka syntetaza glutationowa
Identyfikatory
Symbol GSH_synthase
Pfam PF03199
Klan Pfam CL0483
InterPro IPR004887
SCOP2 2hgs / zakres / SUPFAM
syntaza glutationu
2hgs.jpg
dimer syntetazy glutationu, Człowiek
Identyfikatory
Nr WE 6.3.2.3
Nr CAS 9023-62-5
Bazy danych
IntEnz Widok IntEnz
BRENDA Wpis BRENDY
ExPASy Widok NiceZyme
KEGG Wpis KEGG
MetaCyc szlak metaboliczny
PRIAM profil
Struktury WPB RCSB PDB PDBe Suma PDB
Ontologia genów AmiGO / QuickGO
Eukariotyczna syntaza glutationu, domena wiążąca ATP
PDB 2hgs EBI.jpg
Ludzka syntetaza glutationowa
Identyfikatory
Symbol GSH_synth_ATP
Pfam PF03917
InterPro IPR005615
SCOP2 1m0t / zakres / SUPFAM
Prokariotyczna syntetaza glutationowa, domena N-końcowa
PDB 1gsh EBI.jpg
Struktura syntetazy glutationowej Escherichia coli przy pH 7,5
Identyfikatory
Symbol GSH-S_N
Pfam PF02951
InterPro IPR004215
SCOP2 1glv / zakres / SUPFAM
Prokariotyczna syntetaza glutationowa, domena chwytająca ATP
PDB 1gsh EBI.jpg
Struktura syntetazy glutationowej Escherichia coli przy pH 7,5
Identyfikatory
Symbol GSH-S_ATP
Pfam PF02955
Klan Pfam CL0179
InterPro IPR004218
SCOP2 1glv / zakres / SUPFAM

Syntetaza glutationu ( GSS ) (EC 6.3.2.3) jest drugim enzymem w szlaku biosyntezy glutationu (GSH). Katalizuje kondensację gamma-glutamylocysteiny i glicyny do glutationu. Syntetaza glutationowa jest również silnym przeciwutleniaczem. Występuje w wielu gatunkach, w tym bakteriach, drożdżach, ssakach i roślinach.

U ludzi defekty GSS są dziedziczone w sposób autosomalny recesywny i są przyczyną ciężkiej kwasicy metabolicznej , 5-oksoprolinurii , zwiększonego tempa hemolizy oraz zaburzeń czynności ośrodkowego układu nerwowego . Niedobory GSS mogą powodować szereg szkodliwych objawów zarówno u roślin, jak iu ludzi.

U eukariontów jest to enzym homodimeryczny . Domena wiążąca substrat ma trójwarstwową strukturę alfa / beta /alfa . Enzym ten wykorzystuje się i stabilizuje się acylphosphate pośredni później przeprowadzić korzystny atak nukleofilowy z glicyną .

Struktura

Syntetazy glutationu człowieka i drożdży są homodimerami , co oznacza, że ​​składają się z dwóch identycznych podjednostek , które są ze sobą niekowalencyjnie związane. Z drugiej strony, syntetaza glutationowa E. coli jest homotetramerem . Niemniej jednak należą one do nadrodziny chwytania ATP , która składa się z 21 enzymów zawierających fałd chwytający ATP. Każda podjednostka oddziałuje ze sobą poprzez interakcje alfa helisy i wiązania wodorowego arkusza beta i zawiera dwie domeny. Jedna domena ułatwia mechanizm chwytania ATP, a druga jest katalitycznym miejscem aktywnym dla γ-glutamylocysteiny . ATP chwyt krotnie jest zachowana w ATP uchwycenia nadrodziny i charakteryzuje dwóch helis alfa i beta arkuszy posiadających na cząsteczkę ATP pomiędzy nimi. Domena zawierająca miejsce aktywne wykazuje interesujące właściwości specyficzności. W przeciwieństwie do syntetazy γ-glutamylocysteiny, syntetaza glutationu akceptuje wiele różnych analogów γ-glutamylocysteiny zmodyfikowanych glutamylem, ale jest znacznie bardziej specyficzna dla analogów γ-glutamylocysteiny zmodyfikowanych cysteiną. Struktury krystaliczne wykazały, że syntetaza glutationowa jest związana z GSH, ADP, dwoma jonami magnezu i jonem siarczanowym. Dwa jony magnezu działają w celu stabilizacji związku pośredniego acylofosforanu, ułatwienia wiązania ATP i aktywacji usuwania grupy fosforanowej z ATP. Jon siarczanowy służy jako zamiennik fosforanu nieorganicznego, gdy pośredni acylofosforan utworzy się wewnątrz miejsca aktywnego.

Kluczowe reszty, które oddziałują z ATP w pobliżu miejsca aktywnego. Jony magnezu są pokazane na czarno. Generowany z 2HGS.

Pod koniec 2007 r. rozwiązano 7 struktur dla tej klasy enzymów, z kodami dostępu PDB 1GLV , 1GSA , 1GSH , 1M0T , 1M0W , 2GLT i 2HGS .

Mechanizm

Glutation syntazy katalizuje się reakcję chemiczną

ATP + gamma-L-glutamylo-L-cysteina + glicyna ADP + fosforan + glutation

Trzy substraty tego enzymu to ATP , gamma-L-glutamylo-L-cysteina i glicyna , natomiast trzy jego produkty to ADP , fosforan i glutation .

Enzym ten należy do rodziny ligaz , w szczególności tworzących wiązania węgiel-azot jako ligazy kwas-D-aminokwasy (syntazy peptydowe). Systematyczna nazwa tego enzymu klasy jest kwas gamma-L-glutamylo-L-cysteiny: glicyna ligazy (ADP wodoru) . Inne powszechnie używane nazwy to syntetaza glutationowa i syntetaza GSH . Enzym ten uczestniczy w metabolizmie glutaminianu i glutationu . Wiadomo, że co najmniej jeden związek, fosfinian, hamuje ten enzym .

Mechanizmy biosyntezy syntetaz wykorzystują energię z trifosforanów nukleozydów , podczas gdy syntazy nie. Syntetaza glutationowa pozostaje wierna tej zasadzie, ponieważ wykorzystuje energię generowaną przez ATP. Początkowo grupa karboksylanowa γ-glutamylocysteiny jest przekształcana w fosforan acylu przez przeniesienie nieorganicznej grupy fosforanowej ATP w celu wytworzenia związku pośredniego fosforanu acylu. Następnie grupa aminowa glicyny uczestniczy w ataku nukleofilowym, wypierając grupę fosforanową i tworząc GSH. Po wytworzeniu końcowego produktu GSH może on być wykorzystany przez peroksydazę glutationową do neutralizacji reaktywnych form tlenu (ROS), takich jak H 2 O 2 lub transferazy S-glutationowe w detoksykacji ksenobiotyków .

Mechanizm reakcji biosyntezy GSH. Łańcuchy boczne glutaminianu i cysteiny pokazano odpowiednio na czerwono i zielono.

Funkcjonować

Syntetaza glutationowa jest ważna dla różnych funkcji biologicznych w wielu organizmach. U Arabidopsis thaliana niski poziom syntetazy glutationowej spowodował zwiększoną podatność na stresory, takie jak metale ciężkie , toksyczne chemikalia organiczne i stres oksydacyjny . Obecność tiolowej grupy funkcyjnej sprawia, że jego produkt GSH może służyć zarówno jako skuteczny środek utleniający, jak i redukujący w wielu scenariuszach biologicznych. Tiole mogą łatwo przyjmować parę elektronów i zostają utlenione do dwusiarczków , i disiarczki można łatwo zmniejszyć do regeneracji tioli. Dodatkowo tiolowy łańcuch boczny cystein służy jako silne nukleofile i reaguje z utleniaczami i cząsteczkami elektrofilowymi, które w przeciwnym razie spowodowałyby uszkodzenie komórki. Interakcje z niektórymi metalami również stabilizują związki pośrednie tiolanowe.

U ludzi syntetaza glutationowa działa w podobny sposób. Jego produkt GSH uczestniczy w szlakach komórkowych zaangażowanych w homeostazę i utrzymanie komórek. Na przykład peroksydazy glutationowe katalizują utlenianie GSH do disiarczku glutationu (GSSG) poprzez redukcję wolnych rodników i reaktywnych form tlenu, takich jak nadtlenek wodoru. S-transferaza glutationowa wykorzystuje GSH do oczyszczania różnych metabolitów, ksenobiotyków i elektrofilów do merkapturatów w celu wydalenia. Ze względu na swoją rolę przeciwutleniającą, GSS wytwarza głównie GSH wewnątrz cytoplazmy komórek wątroby i jest importowany do mitochondriów, gdzie zachodzi detoksykacja. GSH jest również niezbędny do aktywacji układu odpornościowego w celu wygenerowania silnych mechanizmów obronnych przed atakującymi patogenami. GSH jest w stanie zapobiegać zakażeniu wirusem grypy.

Glutation (GSH) jest syntetyzowany w cytoplazmie komórek wątroby i importowany do mitochondriów, gdzie pełni funkcję kofaktora dla wielu enzymów antyoksydacyjnych i detoksykujących.

Znaczenie kliniczne

Pacjenci z mutacjami w genie GSS rozwijają niedobór syntetazy glutationu (GSS) , zaburzenie autosomalne recesywne. Pacjenci rozwijają szeroki zakres objawów w zależności od ciężkości mutacji. Pacjenci z łagodną chorobą doświadczają wyrównanej niedokrwistości hemolitycznej, ponieważ mutacje wpływają na stabilność enzymu. Osoby dotknięte umiarkowanie i poważnie mają enzymy z dysfunkcyjnymi miejscami katalitycznymi, co uniemożliwia im udział w reakcjach detoksykacji. Objawy fizjologiczne obejmują kwasicę metaboliczną , wady neurologiczne oraz zwiększoną podatność na infekcje patogenne.

Leczenie osób z niedoborem syntetazy glutationowej na ogół obejmuje terapie terapeutyczne mające na celu zajęcie się łagodnymi do ciężkich objawami i stanami. W celu leczenia kwasicy metabolicznej , poważnie dotknięte pacjenci otrzymują duże ilości wodorowęglanu i przeciwutleniaczy , takich jak witamina E i witamina C . Wykazano, że w łagodnych przypadkach askorbinian i N- acetylocysteina zwiększają poziom glutationu i zwiększają produkcję erytrocytów . Należy zauważyć, że ponieważ niedobór syntetazy glutationowej jest tak rzadki, jest słabo poznany. Choroba pojawia się również w spektrum, więc uogólnienie jest jeszcze trudniejsze wśród nielicznych przypadków, które występują.

Zobacz też

Bibliografia

  • Prawo MY, Halliwell B (1986). „Oczyszczanie i właściwości syntetazy glutationowej z liści (Spinacia oleracea)”. Roślina Sci . 43 (3): 185–191. doi : 10.1016/0168-9452(86)90016-6 .
  • Macnicola PK (1987). „Syntetazy homoglutationu i glutationu siewek roślin strączkowych – częściowe oczyszczenie i specyficzność substratowa”. Roślina Sci . 53 (3): 229–235. doi : 10.1016/0168-9452(87)90159-2 .

Zewnętrzne linki