Глутатионсинтетаза - Glutathione synthetase

Глутатионсинтетаза
Глутатионсинтетаза 1M0W.png
Структура глутатионсинтетазы дрожжей . Создано с 1M0W.
Идентификаторы
Условное обозначение GSS
Ген NCBI 2937
HGNC 4624
OMIM 601002
RefSeq NM_000178
UniProt P48637
Прочие данные
Номер ЕС 6.3.2.3
Locus Chr. 20 q11.2
Эукариотическая глутатион-синтаза
PDB 2hgs EBI.jpg
Синтетаза глутатиона человека
Идентификаторы
Условное обозначение GSH_synthase
Pfam PF03199
Клан пфам CL0483
ИнтерПро IPR004887
SCOP2 2hgs / SCOPe / SUPFAM
глутатионсинтаза
2hgs.jpg
димер глутатионсинтетазы, человек
Идентификаторы
ЕС нет. 6.3.2.3
№ CAS 9023-62-5
Базы данных
IntEnz Просмотр IntEnz
BRENDA BRENDA запись
ExPASy Просмотр NiceZyme
КЕГГ Запись в KEGG
MetaCyc метаболический путь
ПРИАМ профиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология Amigo / QuickGO
Эукариотическая глутатион-синтаза, АТФ-связывающий домен
PDB 2hgs EBI.jpg
Синтетаза глутатиона человека
Идентификаторы
Условное обозначение GSH_synth_ATP
Pfam PF03917
ИнтерПро IPR005615
SCOP2 1 мес. / СФЕРА / СУПФАМ
Прокариотическая глутатионсинтетаза, N-концевой домен
PDB 1gsh EBI.jpg
Структура глутатионсинтетазы Escherichia coli при pH 7,5
Идентификаторы
Условное обозначение GSH-S_N
Pfam PF02951
ИнтерПро IPR004215
SCOP2 1glv / SCOPe / SUPFAM
Прокариотическая глутатионсинтетаза, АТФ-захватывающий домен
PDB 1gsh EBI.jpg
Структура глутатионсинтетазы Escherichia coli при pH 7,5
Идентификаторы
Условное обозначение GSH-S_ATP
Pfam PF02955
Клан пфам CL0179
ИнтерПро IPR004218
SCOP2 1glv / SCOPe / SUPFAM

Глутатионсинтетаза ( GSS ) (EC 6.3.2.3) является вторым ферментом в пути биосинтеза глутатиона (GSH). Он катализирует конденсацию гамма-глутамилцистеина и глицина с образованием глутатиона. Глутатионсинтетаза также является мощным антиоксидантом. Он встречается у многих видов, включая бактерии, дрожжи, млекопитающих и растения.

У людей дефекты GSS наследуются по аутосомно-рецессивному типу и являются причиной тяжелого метаболического ацидоза , 5-оксопролинурии , повышенной скорости гемолиза и нарушения функции центральной нервной системы . Недостаток GSS может вызывать целый спектр пагубных симптомов как у растений, так и у людей.

У эукариот это гомодимерный фермент. Субстрат-связывающий домен имеет трехслойную альфа / бета / альфа- структуру . Этот фермент использует и стабилизирует промежуточную acylphosphate позже выполнить благоприятную нуклеофильную атаку на глицин .

Состав

Глутатион-синтетазы человека и дрожжей являются гомодимерами , то есть они состоят из двух идентичных субъединиц , нековалентно связанных друг с другом. С другой стороны, глутатион-синтетаза E. coli является гомотетрамером . Тем не менее, они являются частью суперсемейства , захватывающего АТФ , которое состоит из 21 фермента, содержащего складку АТФ-захвата. Каждая субъединица взаимодействует друг с другом посредством взаимодействия водородных связей альфа-спирали и бета-слоя и содержит два домена. Один домен облегчает механизм захвата АТФ, а другой является активным каталитическим центром для γ-глутамилцистеина . АТФ-кратный обхват сохраняется в пределах досягаемости ATP-надсемейства и характеризуется двумя альфа - спиралей и бета - листы , которые держат на молекулы АТФ между ними. Домен, содержащий активный сайт, демонстрирует интересные свойства специфичности. В отличие от γ-глутамилцистеинсинтетазы, глутатионсинтетаза принимает большое разнообразие глутамил-модифицированных аналогов γ-глутамилцистеина, но гораздо более специфична для модифицированных цистеином аналогов γ-глутамилцистеина. Кристаллические структуры показали, что глутатионсинтетаза связана с GSH, ADP, двумя ионами магния и сульфат-ионом. Два иона магния стабилизируют промежуточный ацилфосфат, способствуют связыванию АТФ и активируют удаление фосфатной группы из АТФ. Сульфат-ион служит заменой неорганического фосфата, как только промежуточный ацилфосфат образуется внутри активного центра.

Ключевые остатки, которые взаимодействуют с АТФ рядом с активным центром. Ионы магния показаны черным цветом. Генерируется из 2HGS.

По состоянию на конец 2007 г. было решено 7 структур для этого класса ферментов с кодами доступа PDB 1GLV , 1GSA , 1GSH , 1M0T , 1M0W , 2GLT и 2HGS .

Механизм

Глутатион - синтаза катализирует в химическую реакцию

АТФ + гамма-L-глутамил-L-цистеин + глицин АДФ + фосфат + глутатион

3 субстрата этого фермента - АТФ , гамма-L-глутамил-L-цистеин и глицин , а 3 его продукта - АДФ , фосфат и глутатион .

Этот фермент принадлежит к семейству лигаз , в частности тех, которые образуют связи углерод-азот, как лигазы кислота-D-аминокислота (пептидные синтазы). Систематическое название данного фермента класс гамма-L-глутамил-L-цистеин: глицин - лигаза (АДФ-образующие) . Другие широко используемые названия включают глутатион-синтетазу и GSH-синтетазу . Этот фермент участвует в глутамата метаболизма и обмена глутатиона . Известно, что по крайней мере одно соединение, фосфинат , ингибирует этот фермент .

Механизмы биосинтеза синтетаз используют энергию нуклеозидтрифосфатов , тогда как синтазы этого не делают. Глутатионсинтетаза остается верной этому правилу, поскольку она использует энергию, генерируемую АТФ. Первоначально карбоксилатная группа γ-глутамилцистеина превращается в ацилфосфат путем переноса неорганической фосфатной группы АТФ с образованием промежуточного ацилфосфата. Затем аминогруппа глицина участвует в нуклеофильной атаке, вытесняя фосфатную группу и образуя GSH. После получения конечного продукта GSH он может использоваться глутатионпероксидазой для нейтрализации активных форм кислорода (ROS), таких как H 2 O 2 или S-трансферазы глутатиона, при детоксикации ксенобиотиков .

Механизм реакции биосинтеза GSH. Боковые цепи глутамата и цистеина показаны красным и зеленым соответственно.

Функция

Глутатионсинтетаза важна для множества биологических функций многих организмов. В Arabidopsis thaliana низкие уровни глутатион-синтетазы привели к повышенной уязвимости к стрессовым факторам, таким как тяжелые металлы , токсичные органические химические вещества и окислительный стресс . Наличие тиоловой функциональной группы позволяет ее продукту GSH служить как эффективным окислителем, так и восстанавливающим агентом во многих биологических сценариях. Тиолы могут легко принимать пару электронов и окисляться до дисульфидов , а дисульфиды могут быть легко восстановлены с регенерированием тиолов. Кроме того, тиоловые боковые цепи цистеинов служат мощными нуклеофилами и реагируют с оксидантами и электрофильными частицами, которые в противном случае вызывали бы повреждение клетки. Взаимодействие с некоторыми металлами также стабилизирует тиолатные промежуточные соединения.

У людей глутатионсинтетаза действует аналогичным образом. Его продукт GSH участвует в клеточных путях, участвующих в гомеостазе и поддержании клеток. Например, глутатионпероксидазы катализируют окисление GSH до дисульфида глутатиона (GSSG), уменьшая количество свободных радикалов и активных форм кислорода, таких как перекись водорода. Глутатион S-трансфераза использует GSH для очистки различных метаболитов, ксенобиотиков и электрофилов до меркаптуратов для выведения из организма. Из-за своей антиоксидантной роли GSS в основном продуцирует GSH внутри цитоплазмы клеток печени и импортируется в митохондрии, где происходит детоксикация. GSH также важен для активации иммунной системы для создания надежных защитных механизмов от вторжения патогенов. GSH способен предотвращать заражение вирусом гриппа.

Глутатион (GSH) синтезируется в цитоплазме клеток печени и импортируется в митохондрии, где он действует как кофактор ряда антиоксидантных и детоксифицирующих ферментов.

Клиническое значение

У пациентов с мутациями в гене GSS развивается дефицит глутатион-синтетазы (GSS) , аутосомно-рецессивное заболевание. У пациентов развивается широкий спектр симптомов в зависимости от тяжести мутаций. У пациентов с легким поражением наблюдается компенсированная гемолитическая анемия, поскольку мутации влияют на стабильность фермента. У людей с умеренным и тяжелым поражением есть ферменты с дисфункциональными каталитическими центрами, что делает их неспособными участвовать в реакциях детоксикации. Физиологические симптомы включают метаболический ацидоз , неврологические дефекты и повышенную восприимчивость к патогенным инфекциям.

Лечение людей с дефицитом глутатионсинтетазы обычно включает терапевтическое лечение, направленное на устранение легких и тяжелых симптомов и состояний. Для лечения метаболического ацидоза , серьезно пострадали пациенты получают большое количество бикарбоната и антиоксидантов , таких как витамин Е и витамин С . Было показано, что в легких случаях аскорбат и N- ацетилцистеин повышают уровень глутатиона и увеличивают продукцию эритроцитов . Важно отметить, что из-за того, что дефицит глутатион-синтетазы настолько редок, он плохо изучен. Заболевание также проявляется в спектре, поэтому его еще труднее выделить среди немногих возникающих случаев.

Смотрите также

использованная литература

  • Закон М.Ю., Холливелл Б. (1986). «Очистка и свойства глутатионсинтетазы из листьев (Spinacia oleracea)». Plant Sci . 43 (3): 185–191. DOI : 10.1016 / 0168-9452 (86) 90016-6 .
  • Macnicol PK (1987). «Гомоглутатион и глутатионсинтетазы проростков бобовых - частичная очистка и субстрат-специфичность». Plant Sci . 53 (3): 229–235. DOI : 10.1016 / 0168-9452 (87) 90159-2 .

внешние ссылки