Triose-phosphat-isomerase

Kom ind	7167
HUGO	12009
OMIM	190450
UniProt	P60174
RefSeq ( mRNA )	NM_000365.5 , NM_001159287.1 , NM_001258026.1
RefSeq ( protein )	NP_000356.1 , NP_001152759.1 , NP_001244955.1
Sammen	ENSG00000111669
FBF	1HTI , 1KLG , 1KLU , 1WYI , 2IAM , 2IAN , 2JK2 , 2VOM , 4BR1 , 4E41 , 4POC , 4POD , 4UNK , 4UNL
GENATLAS • GeneTests • GoPubmed • HCOP • H-InvDB • Treefam • Vega

Den triosephosphatisomerase ( TPI ) er en isomerase der katalyserer den reaktion :

dihydroxyacetonphosphat D- glyceraldehyd-3-phosphat .

\ rightleftharpoons

Dette enzym forekommer ved 5 th fase af glycolyse at katalysere reversibel isomerisering af phosphat dihydroxyacetone (DHAP) af D -glyceraldehyde-3-phosphat (G3P). Således resulterer hvert molekyle af β- D- fruktose-1,6-bisphosphat metaboliseret ved glycolyse i sidste ende i to molekyler af D- glyceraldehyd-3-phosphat.

	$\ rightleftharpoons$
Dihydroxyacetonphosphat	$\ rightleftharpoons$	D- glyceraldehyd-3-phosphat

Det er til stede i næsten alle levende ting, hvor det er blevet søgt, fra dyr og insekter til svampe , planter og bakterier . Kun nogle få bakterier, der ikke har det enzymatiske materiale, der er nødvendigt til glykolyse, har hverken triose-phosphat-isomerase, såsom dem af slægten Ureaplasma .

Triose-phosphat-isomerase er et særligt effektivt enzym, der udfører denne reaktion milliarder gange hurtigere end naturligt i opløsning. Denne reaktion er så effektiv, at den er et perfekt enzym : den er kun begrænset af diffusionshastigheden af molekyler, der kommer ind og forlader det aktive sted .

Hos manden er en mangel på triosephosphatisomerase (in) en alvorlig neurologisk sygdom, der er karakteriseret ved kronisk hæmolytisk anæmi . Denne sygdom induceres af forskellige mutationer, hvoraf de fleste involverer ændring af remanensen fra glutamat til aspartat i position 140.

Triose-phosphat-isomerase Nøgledata

EF-nr.	EF 5.3.1.1
CAS-nummer	9024-52-6

Enzymaktivitet

IUBMB	IUBMB-post
IntEnz	IntEnz-visning
BRENDA	BRENDA indgang
KEGG	KEGG-indgang
MetaCyc	Metabolisk vej
PRIAM	Profil
FBF	Strukturer
GÅ	AmiGO / EGO

Struktur

Triosephosphat-isomerasen er et homodimert enzym , det vil sige, det er dannet af to underenheder er identiske, der hver indeholder ca. 250 rester af aminosyrer . Den tertiære struktur af hver underenhed indeholder otte α-helices på ydersiden og otte parallelle β-ark på indersiden og danner sammen en TIM-tønde . Enzymets aktive sted er i midten af denne tønde. Den katalyserede reaktion involverer rester af glutamat og histidin, og sekvensen omkring det aktive sted konserveres i alle kendte trio-phosphat-isomeraser.

Strukturen af dette enzym er tilpasset dets funktion. Ud over de bekvemt placerede glutamat- og histidinrester fungerer en kæde på ti eller elleve rester som en sløjfe, der stabiliserer reaktionsmellemproduktet . Denne løkke, bestående af resterne 166-176, omslutter substratet og danner en hydrogenbinding med dets phosphat gruppe , som stabiliserer endiol mellemprodukter og andre mellemliggende tilstande af reaktionen. Især har hydrogenbindingen mellem enzymet og phosphatgruppen den virkning, at den forhindrer nedbrydning af disse mellemprodukter i methylglyoxal og uorganisk phosphat. Methylglyoxal er giftigt og elimineres, hvis det dannes, af glyoxalasesystemet . Derudover fører dannelsen af glyoxalat til tabet af en phosphatgruppe med et højt overførselspotentiale for resten af glykolysen , hvilket er energisk ugunstigt for cellen.

Nogle undersøgelser tyder på, at en lysinrest i position 12 tæt på det aktive sted også spiller en nøglerolle i enzymets funktion. Denne rest protoneres ved fysiologisk pH og kan således hjælpe med at neutralisere den negative elektriske ladning af phosphatgruppen. Enzymet taber al aktivitet, når denne rest er erstattet af en neutral aminosyre under en genetisk mutation , mens det bevarer en vis aktivitet, hvis denne rest erstattes med en anden kæde aminosyre. Grundlæggende lateral .

Mekanisme

Den reaktionsmekanisme af triose-phosphatisomerase involverer dannelsen af en endiol mellemprodukt . Den frie entalpi af grundtilstanden og overgangstilstanden for hvert mellemprodukt kunne bestemmes eksperimentelt, og dens udvikling er tegnet på nedenstående figur:

(en) Ændringer i fri entalpi ΔG under omdannelsen af dihydroxyacetonphosphat ( DHAP ) til glyceraldehyd-3-phosphat ( GAP ) med triose-phosphat-isomerase ( E ).

Strukturen af triose-phosphat-isomerase letter interkonversionen mellem dihydroxyacetonphosphat og glyceraldehyd-3-phosphat . Den Resten nukleofil af Glu-165 af enzymet virker i deprotonering af substratet , mens resten elektrofil af His-95 giver en proton til dannelse af mellemproduktet endiol. Det deprotonerede enediolat-mellemprodukt optager en proton fra den protonerede Glu-165-rest til dannelse af glyceraldehyd-3-phosphat. Den omvendte reaktion katalyseres på en analog måde, med de samme endiol mellemliggende, men med en reaktionstid på atom af oxygen ved C2.

Triose-phosphat-isomerase er et enzym begrænset af diffusionen af substrater - det vil sige et perfekt enzym . Fra et termodynamisk synspunkt foretrækkes dannelsen af dihydroxyacetonphosphat 20: 1 frem for dannelsen af glyceraldehyd-3-phosphat. Imidlertid forbruges sidstnævnte af glyceraldehyd-3-phosphatdehydrogenase eller under glykolyse , hvilket forskyder ligevægten mod dannelsen af denne forbindelse til skade for dihydroxyacetonphosphat.

Triose-phosphatisomerase er inhiberet af SO 4 sulfat -ioner 2– , fosfat PO 43– og arsenat AsO 43– , som binder til det aktive sted . Andre inhibitorer af dette enzym inkluderer 2-phosphoglycolat , en overgangstilstandsanalog (en) og D- glycerol-1-phosphat (en) , en strukturel analog af substratet.

Noter og referencer

(i) T. Kinoshita, R. Maruki, Mr. Warizaya, H. Nakajima og S. Nishimura , " Struktur af en højopløselig krystalform af human triosephosphatisomerase: forbedring af krystaller ved hjælp af gelrørsmetoden " , Acta Crystallographica Afsnit F , bind. 61, n o Pt 4, April 2005, s. 346-349 ( PMID 16511037 , PMCID 1952429 , DOI 10.1107 / S1744309105008341 , læs online )
Værdierne for massen og antallet af rester, der er angivet her, er værdierne for proteinforløberen, der er resultatet af translationen af genet , før posttranslationsmodifikationer og kan afvige væsentligt fra de tilsvarende værdier for funktionelt protein .
(in) W. John Albery og Jeremy R. Knowles , " Fri-energiprofil til reaktionen katalyseret af triosephosphat-isomerase " , Biochemistry , vol. 15, nr . 25, December 1976, s. 5627-5631 ( PMID 999838 , DOI 10.1021 / bi00670a031 , læs online )
(in) Irwin A. Rose, Wen Jian Fung og VB Jessie Warms , " Protondiffusion in the Active Site of triosephosphate isomerase " , Biochemistry , vol. 29, nr . 18, Maj 1990, s. 4312-4317 ( PMID 2161683 , DOI 10.1021 / bi00470a008 , læs online )
(in) Ferenc Orosz, Judit Oláh Judit Ovádi , " Triosephosphate isomerase mangel: Fakta og tvivl " , IUBMB Life , bind. 58, nr . 12, december 2006, s. 703-715 ( PMID 17424909 , DOI 10.1080 / 15216540601115960 , læs online )
(i) Jeremy R. Knowles , " Enzymkatalyse: ikke anderledes, bare bedre " , Nature , bind. 350, nr . 6314, 14. marts 1994, s. 121-124 ( PMID 2005961 , DOI 10.1038 / 350121a0 , læs online )
(i) Donald J. Creighton og Diana S. Hamilton , " Brief History of glyoxalase jeg har lært, og hvad vi om metalion-afhængige enzymkatalyserede isomerisationer " , Archives of Biokemi og Biofysik , bd. 387, nr . 1, Marts 2001, s. 1-10 ( PMID 11368170 , DOI 10.1006 / abbi.2000.2253 , læs online )
(i) Patricia J. Lodi, Louise C. Chang, Jeremy R. Knowles og Elizabeth A. Komives , " triosephosphatisomerase Kræver en positivt ladet Aktivt sted: The role of lysin-12 " , Biochemistry , vol. 33, nr . 10, Marts 1994, s. 2809-2814 ( PMID 8130193 , DOI 10.1021 / bi00176a009 , læs online )
(i) T. Alber, DW Banner, AC Bloomer, GA Petsko, David Phillips, PS og AI Rivers Wilson , " På tredimensionale struktur og katalytiske mekanisme af triosephosphatisomerase " , Filosofisk Transactions B , vol. 293, nr . 1063, 28. juni 1981, s. 159-171 ( PMID 6115415 , DOI 10.1098 / rstb.1981.0069 , læs online )
(i) Elliott B. Nickbarg, Robert C. Davenport, Gregory A. Petsko og Jeremy R. Knowles , " Triosephosphate isomerase: Relocation of a putatively electrophilic histidin rest results in a subtle change in catalytic mekanisme " , Biochemistry , vol. 27, nr . 16, August 1988, s. 5948-5960 ( PMID 2847777 , DOI 10.1021 / bi00416a019 , læs online )
(i) Elizabeth A. Komives, Louise C. Chang, Elias Lolis, Robert F. Tilton, Gregory A. Petsko og Jeremy R. Knowles , " elektrofile katalyse i triosephosphatisomerase: rolle histidin-95 " , Biochemistry , vol . 30, nr . 12, Marts 1991, s. 3011-3019 ( PMID 2007138 , DOI 10.1021 / bi00226a005 , læs online )
(i) Thomas K. Harris, Robert N. Cole, Frank I. Comer og Albert S. Mildvan , " Proton Transfer i ordningen af triosephosphatisomerase " , Biochemistry , vol. 37, nr . 47, 24. november 1998, s. 16828-16838 ( PMID 9843453 , DOI 10.1021 / bi982089f , læs online )
(i) Anne-Marie Lambeir, Fred R. Opperdoes og Rik K. Wierenga , " Kinetic egenskaber triosephosphatisomerase fra Trypanosoma brucei brucei " , The FEBS Journal , vol. 168, nr . 1, Oktober 1987, s. 69-74 ( PMID 3311744 , DOI 10.1111 / j.1432-1033.1987.tb13388.x , læs online )
(i) Elias Lolis og Gregory A. Petsko , " Krystallografisk analyse af den komplekse entre triosephosphatisomerase og 2-phosphoglycolat ved 2,5-Å opløsning: implikationer for katalyse " , Biochemistry , vol. 29, nr . 28, Juli 1990, s. 6619-6625 ( PMID 2204418 , DOI 10.1021 / bi00480a010 , læs online )