6-фосфоглюконолактоназа

6-фосфоглюконолактоназа
Кристаллизованный мономер 6-фосфоглюконолактоназы из Trypanosoma brucei, в комплексе с 6-фосфоглюконовой кислотой[1].
Идентификаторы
Шифр КФ	3.1.1.31
Базы ферментов
IntEnz	IntEnz view
BRENDA	BRENDA entry
ExPASy	NiceZyme view
MetaCyc	metabolic pathway
KEGG	KEGG entry
PRIAM	profile
PDB structures	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Поиск
PMC	статьи
PubMed	статьи
NCBI	NCBI proteins
Медиафайлы на Викискладе

6-Фосфоглюконолактоназа (6PGL, PGLS) — цитозольный фермент, обнаруженный во всех организмах, который катализирует гидролиз 6-фосфоглюконолактона до 6-фосфоглюконовой кислоты в окислительной фазе пентозофосфатного пути[2]. Третичная структура 6PGL использует α/β гидролазную складку с остатками активного сайта, сгруппированными на петлях α-спиралей. Основываясь на кристаллической структуре фермента, предполагается, что механизм зависит от переноса протона остатком гистидина в активном центре. 6PGL избирательно катализирует гидролиз δ-6-фосфоглюконолактона и не проявляет активности в отношении γ-изомера[3].

Механизм действия

Было предложено, чтобы 6PGL гидролиз 6-фосфоглюконолактона до 6-фосфоглюконовой кислоты протекал через перенос протона к атому кислорода кольца O5[4] аналогично ксилозоизомеразе[5] и рибозо-5-фосфатизомеразе[6]. Реакция инициируется атакой гидроксид- иона на сложный эфир C5. Формируется тетраэдрический промежуточный продукт, и следует отщепление сложноэфирной связи, чему способствует передача протона от остатка гистидина в активном центре. Конкретный остаток, который участвует в переносе протона, ускользал от исследователей до 2009 года, поскольку предыдущие структурные исследования продемонстрировали две возможные конформации субстрата в активном центре, которые располагают кислород кольца O5 проксимальнее остатка аргинина или гистидина. Молекулярно-динамическое моделирование использовалось, чтобы обнаружить, что остаток, который передает протон, представляет собой гистидин, и что остатки аргинина участвуют только в электрической стабилизации отрицательно заряженной фосфатной группы[4]. Электрическая стабилизация комплекса фермент-субстрат также происходит между карбоксилатным продуктом и аминами основной цепи окружающих остатков глицина[4].

Предлагаемый механизм гидролиза 6-фосфоглюконолактона 6PGL.

Структура фермента

6PGL у Homo sapiens существует как мономер в цитозольных физиологических условиях и состоит из 258 аминокислотных остатков с общей молекулярной массой ~ 30 кДа[7]. Третичная структура фермента использует α/β гидролазную складку с параллельными и антипараллельными β-слоями, окруженными восемью α-спиралями и пятью спиралями 3₁₀. Стабильность третичной структуры белка усиливается за счет солевых мостиков между остатками аспарагиновой кислоты и аргинина, а также за счет взаимодействия стэкинга ароматических боковых цепей. Было обнаружено, что 6PGL, выделенный из Trypanosoma brucei, связывается с ионом Zn^+2 в некаталитической роли, но этого не наблюдалось у других организмов, включая Thermotoga maritima и Vibrio cholerae.

Биологическая функция

6-фосфоглюконолактоназа катализирует превращение 6-фосфоглюконолактона в 6-фосфоглюконовую кислоту, оба промежуточных продукта в окислительной фазе пентозофосфатного пути, в котором глюкоза превращается в рибулозо-5-фосфат . Окислительная фаза пентозофосфатного пути высвобождает CO₂ и приводит к образованию двух эквивалентов НАДФН из НАДФ^+. Конечный продукт, рибулозо-5-фосфат, дополнительно обрабатывается организмом во время неокислительной фазы пентозофосфатного пути для синтеза биомолекул, включая нуклеотиды, АТФ и кофермент А[3].

Фермент, который предшествует 6PGL в пентозофосфатном пути, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, исключительно образует δ-изомер 6-фосфоглюконолактона. Однако, если оно накапливается, это соединение может подвергаться внутримолекулярной перегруппировке с изомеризацией до более стабильной γ-формы, которая не может гидролизоваться 6PGL и не может переходить в неокислительную фазу пентозофосфатного пути. Благодаря быстрому гидролизу δ-изомера 6-фосфоглюконолактона 6PGL предотвращает его накопление и последующее образование γ-изомера, что приводит к неэффективной трате ресурсов глюкозы, доступных клетке[3] 6-фосфоглюконолактон также подвержен атаке со стороны внутриклеточных нуклеофилов, о чём свидетельствует α-N-6-фосфоглюконоилирование белков, меченных His, экспрессируемых в E.coli[8][9], и эффективный гидролиз 6-фосфоглюконолактона 6PGL. предотвращает накопление лактона и последующие токсические реакции между промежуточным лактоном и клеткой[3].

Актуальность болезни

Было показано, что малярийные паразиты Plasmodium berghei и Plasmodium falciparum экспрессируют бифункциональный фермент, который проявляет активность как глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, так и 6-фосфоглюконолактоназы, что позволяет им катализировать первые две стадии пентозофосфатного пути[10]. Этот бифункциональный фермент был идентифицирован как лекарственная мишень для малярийных паразитов[11] и высокопроизводительный скрининг низкомолекулярных ингибиторов привел к открытию новых соединений, которые потенциально могут быть переведены в мощные противомалярийные средства[12][13].

Примечания

1. Delarue M, Duclert-Savatier N, Miclet E, Haouz A, Giganti D, Ouazzani J, Lopez P, Nilges M, Stoven V (February 2007). "Three dimensional structure and implications for the catalytic mechanism of 6-phosphogluconolactonase from Trypanosoma brucei". Journal of Molecular Biology. 366 (3): 868–81. doi:10.1016/j.jmb.2006.11.063. PMID 17196981.
2. Jeremy M. Berg. Biochemistry. — 7th ed. — New York: W.H. Freeman, 2012. — xxxii, 1054, 43, 41, 48 pages с. — ISBN 978-1-4292-2936-4, 1-4292-2936-5, 978-1-4292-7635-1, 1-4292-7635-5, 978-1-4292-7396-1, 1-4292-7396-8.
3. "NMR spectroscopic analysis of the first two steps of the pentose-phosphate pathway elucidates the role of 6-phosphogluconolactonase". The Journal of Biological Chemistry. 276 (37): 34840–6. September 2001. doi:10.1074/jbc.M105174200. PMID 11457850.
4. "Insights into the enzymatic mechanism of 6-phosphogluconolactonase from Trypanosoma brucei using structural data and molecular dynamics simulation". Journal of Molecular Biology. 388 (5): 1009–21. May 2009. doi:10.1016/j.jmb.2009.03.063. PMID 19345229.
5. "A metal-mediated hydride shift mechanism for xylose isomerase based on the 1.6 A Streptomyces rubiginosus structures with xylitol and D-xylose". Proteins. 9 (3): 153–73. 1 марта 1991. doi:10.1002/prot.340090302. PMID 2006134.
6. "Structure of Escherichia coli ribose-5-phosphate isomerase: a ubiquitous enzyme of the pentose phosphate pathway and the Calvin cycle". Structure. 11 (1): 31–42. January 2003. doi:10.1016/S0969-2126(02)00933-4. PMID 12517338.
7. "Identification of the cDNA encoding human 6-phosphogluconolactonase, the enzyme catalyzing the second step of the pentose phosphate pathway(1)". FEBS Letters. 459 (2): 223–6. October 1999. doi:10.1016/S0014-5793(99)01247-8. PMID 10518023.
8. "Spontaneous alpha-N-6-phosphogluconoylation of a "His tag" in Escherichia coli: the cause of extra mass of 258 or 178 Da in fusion proteins". Analytical Biochemistry. 267 (1): 169–84. February 1999. doi:10.1006/abio.1998.2990. PMID 9918669.
9. "Post-translational modification of the N-terminal His tag interferes with the crystallization of the wild-type and mutant SH3 domains from chicken src tyrosine kinase". Acta Crystallographica Section D. 57 (Pt 5): 759–62. May 2001. doi:10.1107/s0907444901002918. PMID 11320329.
10. "Glucose-6-phosphate dehydrogenase-6-phosphogluconolactonase. A novel bifunctional enzyme in malaria parasites". European Journal of Biochemistry. 268 (7): 2013–9. April 2001. doi:10.1046/j.1432-1327.2001.02078.x. PMID 11277923.
11. "Plasmodium falciparum glucose-6-phosphate dehydrogenase 6-phosphogluconolactonase is a potential drug target". The FEBS Journal. 282 (19): 3808–23. October 2015. doi:10.1111/febs.13380. PMID 26198663.
12. "High-throughput screening for small-molecule inhibitors of plasmodium falciparum glucose-6-phosphate dehydrogenase 6-phosphogluconolactonase". Journal of Biomolecular Screening. 17 (6): 738–51. July 2012. doi:10.1177/1087057112442382. PMID 22496096.
13. "Discovery of a Plasmodium falciparum glucose-6-phosphate dehydrogenase 6-phosphogluconolactonase inhibitor (R,Z)-N-((1-ethylpyrrolidin-2-yl)methyl)-2-(2-fluorobenzylidene)-3-oxo-3,4-dihydro-2H-benzo[b][1,4]thiazine-6-carboxamide (ML276) that reduces parasite growth in vitro". Journal of Medicinal Chemistry (англ.). 55 (16): 7262–72. August 2012. doi:10.1021/jm300833h. PMID 22813531.

Ссылки

• MeSH 6-phosphogluconolactonase
• "Identification of the cDNA encoding human 6-phosphogluconolactonase, the enzyme catalyzing the second step of the pentose phosphate pathway(1)". FEBS Letters. 459 (2): 223–6. October 1999. doi:10.1016/S0014-5793(99)01247-8. PMID 10518023.