WikiDer > Проколлаген-пролиндиоксигеназа

Procollagen-proline dioxygenase
Проколлаген-пролиндиоксигеназа
Альфа-субъединицы пролилгидроксилазы.png
Альфа-субъединицы проколлаген-пролиндиоксигеназы. Изображение показывает область связывания субстрата (оранжевый) и бороздку связывания остатков тирозина (желтый).
Идентификаторы
Номер ЕС1.14.11.2
Количество CAS9028-06-2
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Проколлаген-пролиндиоксигеназа, широко известный как пролилгидроксилаза, является членом класса ферменты известный как альфа-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы. Эти ферменты катализируют включение кислород в органические субстраты с помощью механизма, который требует альфа-кетоглутаровая кислота, Fe2+, и аскорбат.[1][2] Этот конкретный фермент катализирует образование (2S, 4р) -4-гидроксипролин, соединение, которое представляет собой наиболее распространенный посттрансляционная модификация в человеке протеом.[3]

Ферментный механизм

Проколлаген-пролиндиоксигеназа катализирует следующую реакцию:

L-пролин + 2-оксоглутарат + O2 → (2S, 4р) -4-гидроксипролин + сукцинат + CO2

Механизм реакции аналогичен механизму других диоксигеназ и проходит в две отдельные стадии:[3] В первом случае высокореактивный Fe (IV) = O виды производится. Молекулярный кислород связан концами в аксиальном положении, образуя дикислородную единицу. Нуклеофильный атака на C2 генерирует тетраэдрический интермедиат с потерей двойной связи в дикислородной единице и связями с железом и альфа-углеродом 2-оксоглутарата. Последующий устранение CO2 совпадает с образованием частиц Fe (IV) = O. Второй этап предполагает абстракцию профи-р атом водорода от C-4 субстрата пролина, за которым следует радикальный комбинация, которая дает гидроксипролин.[4]

Вследствие механизма реакции одна молекула 2-оксоглутарата является декарбоксилированный, образуя сукцинат. Этот сукцинат гидролизованный и заменен другим 2-оксоглутаратом после каждой реакции, и был сделан вывод, что в присутствии 2-оксоглутарата ферментно-связанный Fe2+ быстро превращается в Fe3+, что приводит к инактивации фермента.[5] Аскорбат используется как кофактор уменьшить Fe3+ обратно в Fe2+.[6]

Структура фермента

Более пристальный взгляд на субстрат-связывающий домен пролилгидроксилазы. Остатки тирозина, образующие связующую бороздку, отображаются желтым цветом.

Пролилгидроксилаза - это тетрамер с 2 уникальными подузлами.[7] Субъединица α составляет 59 кДа и отвечает как за связывание пептида, так и за каталитическую активность.[8] Пептид-связывающий домен охватывает 140-215 остатков α-субъединицы,[9] и состоит из вогнутой поверхности, покрытой множеством тирозин остатки, которые благоприятно взаимодействуют с богатым пролином субстратом. В активный сайт состоит из Fe2 +, связанного с двумя гистидин остатки и один аспартат остаток, характерный для большинства 2-оксоглутарат-зависимых диоксигеназ. Β-субъединица 55 кДа отвечает за локализацию фермента и задержка в эндоплазматическом ретикулуме.[10] Эта субъединица идентична ферменту, известному как протеин дисульфид изомераза.[11]

Биологическая функция

Пролилгидроксилаза катализирует образование гидроксипролина, который является наиболее распространенной посттрансляционной модификацией в организме человека.[нужна цитата] Модификация существенно повлияла на стабильность работы коллаген, основная соединительная ткань человеческого тела.[12] В частности, гидроксилирование увеличивает температура плавления (Тм) спирального коллагена на 16 ° C по сравнению с негидроксилированным коллагеном,[13] разница, которая позволяет белку быть стабильным при температуре тела.

Фермент специфически действует на пролин, содержащийся в мотиве X-Pro-Gly, где Pro - это пролин. Из-за такого специфического для мотивов поведения фермент также действует на другие белки, содержащие ту же последовательность. Такие белки включают C1q,[14] эластины,[15] ПрП,[16] Аргонавт 2,[17] и конотоксины,[18] среди прочего.

Актуальность болезни

Поскольку пролилгидроксилазе требуется аскорбат в качестве кофактора для функционирования,[5] его отсутствие ставит под угрозу активность фермента. В результате сниженное гидроксилирование приводит к болезненному состоянию, известному как цинга. Поскольку у пациентов с цингой нарушается стабильность коллагена, симптомы включают ослабление кровеносный сосуд вызывая пурпура, петехии, и кровоточивость десен.

Фактор, индуцируемый гипоксией (HIF) - эволюционно консервативный фактор транскрипции.[19] что позволяет клетке физиологически реагировать на уменьшение кислорода.[20] Идентифицирован класс пролилгидроксилаз, которые специфически действуют на HIF;[21] гидроксилирование HIF позволяет белку быть мишенью для деградации.[21] HIF пролил-гидроксилаза был нацелен на множество ингибиторы которые направлены на лечение Инсульт,[22] заболевание почек,[23] ишемия,[24] анемия,[25] и другие важные заболевания.

Альтернативные имена

  • Протоколлаген гидроксилаза
  • Пролилгидроксилаза
  • Пролил 4-гидроксилаза
  • Протоколлаген пролил гидроксилаза

Рекомендации

  1. ^ Смит Т.Г., Талбот Н.П. (апрель 2010 г.). «Пролилгидроксилазы и терапевтические средства». Антиоксиданты и редокс-сигналы. 12 (4): 431–3. Дои:10.1089 / ars.2009.2901. PMID 19761407.
  2. ^ Хаттон Дж. Дж., Траппель А. Л., Уденфренд С. (июль 1966 г.). «Требования к альфа-кетоглутарату, иону двухвалентного железа и аскорбату коллагеновой пролингидроксилазой». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 24 (2): 179–84. Дои:10.1016 / 0006-291x (66) 90716-9. PMID 5965224.
  3. ^ а б Горрес К.Л., Рейнс Р.Т. (апрель 2010 г.). «Пролил-4-гидроксилаза». Критические обзоры в биохимии и молекулярной биологии. 45 (2): 106–24. Дои:10.3109/10409231003627991. ЧВК 2841224. PMID 20199358.
  4. ^ Фуджита Y, Готтлиб A, Петерковский B, Уденфренд S, Виткоп B (1964). «Получение цис- и транс-4-H3-L-пролинов и их использование в изучении механизма ферментативного гидроксилирования в куриных эмбрионах». Журнал Американского химического общества. 86 (21): 4709–4716. Дои:10.1021 / ja01075a036.
  5. ^ а б де Йонг Л., Альбрахт С. П., Кемп А. (июнь 1982 г.). «Активность пролил-4-гидроксилазы в отношении степени окисления ферментно-связанного железа. Роль аскорбата в гидроксилировании пептидилпролина». Biochimica et Biophysica Acta. 704 (2): 326–32. Дои:10.1016/0167-4838(82)90162-5. PMID 6285984.
  6. ^ Де Йонг Л., Кемп А. (май 1984 г.). «Стехиометрия и кинетика парциальной реакции пролил-4-гидроксилазы». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология. 787 (1): 105–11. Дои:10.1016/0167-4838(84)90113-4. PMID 6326839.
  7. ^ Берг Р.А., Прокоп DJ (февраль 1973 г.). «Очистка на аффинной колонке пролингидроксилазы протоколлагена из куриных эмбрионов и дальнейшая характеристика фермента». Журнал биологической химии. 248 (4): 1175–82. PMID 4346946.
  8. ^ Хелаакоски Т., Вуори К., Мюллюля Р., Кивирикко К.И., Пихлаяниеми Т. (июнь 1989 г.). «Молекулярное клонирование альфа-субъединицы пролил 4-гидроксилазы человека: полная аминокислотная последовательность, полученная из кДНК, и доказательства альтернативного сплайсинга транскриптов РНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 86 (12): 4392–6. Bibcode:1989PNAS ... 86.4392H. Дои:10.1073 / pnas.86.12.4392. ЧВК 287275. PMID 2543975.
  9. ^ Пеккала М., Хиета Р., Бергманн Ю., Кивирикко К.И., Веренга Р.К., Мюллюхарью Дж. (Декабрь 2004 г.). «Пептид-субстрат-связывающий домен коллаген-пролил-4-гидроксилаз представляет собой тетратрикопептидный повторяющийся домен с функциональными ароматическими остатками». Журнал биологической химии. 279 (50): 52255–61. Дои:10.1074 / jbc.M410007200. PMID 15456751.
  10. ^ Вуори К., Пихлаяниеми Т., Мюллюля Р., Кивирикко К.И. (ноябрь 1992 г.). «Сайт-направленный мутагенез протеин-дисульфид-изомеразы человека: влияние на сборку, активность и удержание в эндоплазматическом ретикулуме человеческой пролил-4-гидроксилазы в клетках насекомых Spodoptera frugiperda». Журнал EMBO. 11 (11): 4213–7. Дои:10.1002 / j.1460-2075.1992.tb05515.x. ЧВК 556932. PMID 1327760.
  11. ^ Пихлаяниеми Т., Хелаакоски Т., Тасанен К., Мюллюля Р., Хухтала М.Л., Койву Дж., Кивирикко К.И. (март 1987 г.). «Молекулярное клонирование бета-субъединицы человеческой пролил-4-гидроксилазы. Эта субъединица и протеин-дисульфид-изомераза являются продуктами одного и того же гена». Журнал EMBO. 6 (3): 643–9. Дои:10.1002 / j.1460-2075.1987.tb04803.x. ЧВК 553446. PMID 3034602.
  12. ^ Плечи MD, Рейнс RT (2009). «Структура и стабильность коллагена». Ежегодный обзор биохимии. 78: 929–58. Дои:10.1146 / annurev.biochem.77.032207.120833. ЧВК 2846778. PMID 19344236.
  13. ^ Берг Р.А., Прокоп DJ (май 1973 г.). «Тепловой переход негидроксилированной формы коллагена. Доказательства роли гидроксипролина в стабилизации тройной спирали коллагена». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 52 (1): 115–20. Дои:10.1016 / 0006-291x (73) 90961-3. PMID 4712181.
  14. ^ Мюллер В., Ханауске-Абель Х, Лоос М. (октябрь 1978 г.). «Биосинтез первого компонента комплемента перитонеальными макрофагами человека и морской свинки: доказательства независимого производства субъединиц C1». Журнал иммунологии. 121 (4): 1578–84. PMID 701808.
  15. ^ Розенблум Дж., Цивински А. (июнь 1976 г.). «Ингибирование гидроксилирования пролина не подавляет секрецию тропоэластина клетками аорты цыпленка». Письма FEBS. 65 (2): 246–50. Дои:10.1016/0014-5793(76)80490-5. PMID 6335. S2CID 34210226.
  16. ^ Gill AC, Ричи MA, Hunt LG, Steane SE, Davies KG, Bocking SP, Rhie AG, Bennett AD, Hope J (октябрь 2000 г.). «Посттрансляционное гидроксилирование на N-конце прионного белка выявляет присутствие структуры PPII in vivo». Журнал EMBO. 19 (20): 5324–31. Дои:10.1093 / emboj / 19.20.5324. ЧВК 314005. PMID 11032800.
  17. ^ Ци ХХ, Онгусаха П.П., Мюллюхарджу Дж., Ченг Д., Пакканен О, Ши Й., Ли С.В., Пэн Дж., Ши И (сентябрь 2008 г.). «Пролил-4-гидроксилирование регулирует стабильность Argonaute 2». Природа. 455 (7211): 421–4. Bibcode:2008Натура.455..421Q. Дои:10.1038 / природа07186. ЧВК 2661850. PMID 18690212.
  18. ^ Дэйли Н.Л., Крейк-ди-джей (февраль 2009 г.). «Структурные исследования конотоксинов». IUBMB Life. 61 (2): 144–50. Дои:10.1002 / iub.158. PMID 19165896. S2CID 8678009.
  19. ^ Бэкон NC, Ваппнер П., О'Рурк Дж. Ф., Бартлетт С. М., Шило Б., Пью К. В., Рэтклифф П. Дж. (Август 1998 г.). "Регулирование белка Sima bHLH-PAS дрозофилы посредством гипоксии: функциональные доказательства гомологии с HIF-1 альфа млекопитающих". Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 249 (3): 811–6. Дои:10.1006 / bbrc.1998.9234. PMID 9731218.
  20. ^ Смит Т.Г., Роббинс П.А., Рэтклифф П.Дж. (май 2008 г.). «Человеческая сторона фактора, индуцируемого гипоксией». Британский журнал гематологии. 141 (3): 325–34. Дои:10.1111 / j.1365-2141.2008.07029.x. ЧВК 2408651. PMID 18410568.
  21. ^ а б Bruick RK, McKnight SL (ноябрь 2001 г.). «Консервативное семейство пролил-4-гидроксилаз, модифицирующих HIF». Наука. 294 (5545): 1337–40. Bibcode:2001Sci ... 294.1337B. Дои:10.1126 / science.1066373. PMID 11598268. S2CID 9695199.
  22. ^ Каруппагаундер СС, Ратан Р.Р. (июль 2012 г.). «Ингибирование пролилгидроксилазы индуцируемым гипоксией фактором: новая надежная мишень или еще одна большая неудача для лечения инсульта?». Журнал церебрального кровотока и метаболизма. 32 (7): 1347–61. Дои:10.1038 / jcbfm.2012.28. ЧВК 3390817. PMID 22415525.
  23. ^ Warnecke C, Griethe W, Weidemann A, Jürgensen JS, Willam C, Bachmann S, Ivashchenko Y, Wagner I, Frei U, Wiesener M, Eckardt KU (июнь 2003 г.). «Активация пути фактора, индуцируемого гипоксией, и стимуляция ангиогенеза путем применения ингибиторов пролилгидроксилазы». Журнал FASEB. 17 (9): 1186–8. Дои:10.1096 / fj.02-1062fje. PMID 12709400. S2CID 45194703.
  24. ^ Сельвараджу В., Паринанди Н.Л., Адлури Р.С., Голдман Дж. В., Хуссейн Н., Санчес Дж. А., Маулик Н. (июнь 2014 г.). «Молекулярные механизмы действия и терапевтическое применение фармакологических ингибиторов HIF-пролил 4-гидроксилаз для лечения ишемических заболеваний». Антиоксиданты и редокс-сигналы. 20 (16): 2631–65. Дои:10.1089 / ars.2013.5186. ЧВК 4026215. PMID 23992027.
  25. ^ Мучник Э., Каплан Дж. (Май 2011 г.). «Ингибиторы пролилгидроксилазы HIF при анемии». Заключение эксперта по исследуемым препаратам. 20 (5): 645–56. Дои:10.1517/13543784.2011.566861. PMID 21406036. S2CID 21973130.

внешняя ссылка