Glutation-sintetaza
Glutation-sintetaza (GSS) (EC 6.3.2.3) jest drugi enzim na putu biosinteze glutationa (GSH). Katalizira kondenzaciju gama-glutamilcisteina i glicina, dajući glutation.[1] Glutation-sintetaza je također snažan antioksidans. Nalazi se u mnogim vrstama, uključujući bakterije, kvasac, sisare i biljke.[2]
Kod ljudi, defekti GSS-a nasljeđuju se na autosomno recesivni način i uzrok su teške metaboličke acidoze, 5-oksoprolinurije, povećane stope hemoliza i oštećene funkcije centralnog nervnog sistema.[3] Nedostaci GSS-a mogu izazvati spektar štetnih simptoma kod biljaka i kod ljudi.[4]
U eukariotima, ovo je homodimerni enzim. Domen koji veže supstrat ima troslojni alfa/beta/ alfa strukturu.[5] Ovaj enzim koristi i stabilizuje intermedijer acilfosfata. da bi kasnije izveo povoljan nukleofilni napad glicina.
Struktura
Ljudske i kvaščeve glutation-sintetaze su homodimeri, što znači da se sastoje od dvije identične podjedinice same nekovalentno povezane jedna za drugu. S druge strane, glutation-sintetaza E. coli je homotetramer.[2] Ipak, oni su dio superfamilije ATP-a, koja se sastoji od 21 enzima koji sadrže preklop ATP-zahvata.[6] Svaka podjedinica međusobno komunicira interakcijama alfa-heliksa i beta-lista, poreko vodikovih veza i sadrži dva domena. Jedan domen olakšava mehanizam ATP-obuhvata[7] a drugi je katalitsko aktivno mjesto za γ-glutamilcistein. ATP-prevojni obukvat je konzerviran u ATP-grap superporodici i karakteriziran je s dva alfa-heliksa i beta-lista koji drže molekulu ATP između sebe.[8] Domen koja sadrži aktivno mjesto pokazuje zanimljiva svojstva specifičnosti. Za razliku od γ-glutamilcistein-sintetaze, glutation-sintetaza prihvata veliku raznolikost glutamil-modifikovanih analoga γ-glutamilcisteina, ali je mnogo specifičnija za cisteinom modificirane analoge γ-glutamilcisteina.[9] Kristalne strukture su pokazale glutation-sintetazu vezanu za GSH, ADP, dva magnezijeva i sulfatni ion.[10] Dva magnezijeva iona funkcioniraju kako bi stabilizirali intermedijeri acilfosfata, olakšali vezanje ATP i aktivirali uklanjanje fosfatne grupe iz ATP. Sulfatni ion služi kao zamjena za anorganski fosfat, kada se unutar aktivnog mjesta formira intermedijer acilfosfat.[5]
Krajem 2007. godine, riješeno je sedam struktura za ovu klasu enzima, sa PDB pristupnim kodovima 1GLV, 1GSA, 1GSH, 1M0T, 1M0W, 2GLT i 2HGS.
- Aminokiselinska sekvenca
MATNWGSLLQDKQQLEELARQAVDRALAEGVLLRTSQEPTSSEVVSYAPFTLFPSLVPSA LLEQAYAVQMDFNLLVDAVSQNAAFLEQTLSSTIKQDDFTARLFDIHKQVLKEGIAQTVF LGLNRSDYMFQRSADGSPALKQIEINTISASFGGLASRTPAVHRHVLSVLSKTKEAGKIL SNNPSKGLALGIAKAWELYGSPNALVLLIAQEKERNIFDQRAIENELLARNIHVIRRTFE DISEKGSLDQDRRLFVDGQEIAVVYFRDGYMPRQYSLQNWEARLLLERSHAAKCPDIATQ LAGTKKVQQELSRPGMLEMLLPGQPEAVARLRATFAGLYSLDVGEEGDQAIAEALAAPSR FVLKPQREGGGNNLYGEEMVQALKQLKDSEERASYILMEKIEPEPFENCLLRPGSPARVV QCISELGIFGVYVRQEKTLVMNKHVGHLLRTKAIEHADGGVAAGVAVLDNPYPV
- Simboli
Šablon:Div col R N D C E Q G H I L K M F P S T W Y V Šablon:Div col end
Mehanizam
Glutation-sintaza katalizira hemijsku reakciju:
- ATP + gamma-L-glutamil-L-cistein + glicin ADP + fosfat + glutation
Tri supstrata ovog enzima su ATP, gama-L-glutamil-L-cistein i glicin, dok su njegova tri proizvoda ADP, fosfat i glutation.
Ovaj enzim pripada porodici ligaza, posebno onih koji stvaraju veze ugljik-dušik, kao kiselinske-D-aminokiselinske ligaze (peptidne sintaze). Sistematsko ime ove enzimske klase je gama-L-glutamil-L-cistein: glicin ligaza (ADP-formirajuća). Ostala uobičajena imena uključuju glutation sintetazu i GSH sintetazu. Ovaj enzim učestvuje u metabolizmu glutamata i glutationa. Poznato je da najmanje jedan spoj, fosfinat inhibira ovaj enzim.
Biosintetski mehanizmi za sintetaze koriste energiju iz nukleozid-trifosfatia, dok sintaze ne koriste.[11] Glutation-sintetaza ostaje vjerna ovom pravilu, jer koristi energiju koju stvara ATP. U početku se karboksilatna grupa na γ-glutamilcisteinu pretvara u acil fosfat, prenošenjem neorganske fosfatne grupe ATP, da bi se dobio intermedijer acil-fosfat. Tada amino-grupa glicina učestvuje u nukleofilnom napadu, istiskujući fosfatnu grupu i formirajući GSH.[12] Nakon izrade konačnog GSH proizvoda, glutation-peroksidaza mogu ga neutralizirati reaktivne vrste kisika (ROS) kao što je H2O2 ili glutation S-transferaza u detoksikaciji ksenobiotika.[6]
Funkcija
Glutation-sintetaza je važna za razne biološke funkcije u više organizama. U Arabidopsis thaliana, niski nivoi glutation-sintetaze rezultirali su povećanom ranjivošću na stresore kao što su toksični teški metali, toksične organske hemikalije i oksidativni stres.[14] Prisustvo tiol funkcionalne grupe omogućava da njegov proizvod GSH služi i kao efikasan oksidirajući i redukcioni agens u brojnim biološkim scenarijima. Tioli mogu lahko prihvatiti par elektrona i postati oksidirani do disulfidia, a disulfidi se lahko mogu reducirati za regeneraciju tiola. Pored toga, tiolni bočni lanac cisteina služi kao snažni nukleofil i reagira s oksidansima i elektrofilnim vrstama koji bi inače prouzrokovali oštećenje ćelije.[15] Interakcije s određenim metalima također stabiliziraju međuprodukte tiolata.[16]
Kod ljudi, glutation-sintetaza funkcionira na sličan način. Njen proizvod GSH sudjeluje u ćelijskim putevima koji su uključeni u homeostazu i održavanje ćelija. Naprimjer, glutation-peroksidaze kataliziraju oksidaciju GSH u glutation disulfid (GSSG), smanjenjem slobodnih radikala i reaktivnih vrsta kiseonika kao što je vodik peroksid.[17] Glutation S-transferaza koristi GSH za čišćenje različitih metabolita, ksenobiotika i elektrofila do merkapturata za izlučivanje.[18] Zbog svoje antioksidativne uloge, GSS uglavnom proizvodi GSH unutar citoplazme ćelija jetre i doprema se u mitohondrije, gdje dolazi do detoksikacije.[19] GSH je također bitan za aktivaciju imunskog sistema da stvori robusne odbrambene mehanizme od napada invazivnih patogena. GSH je sposoban da spreči infekciju virusom gripe.[20][21]
Klinički značaj
Pacijenti sa mutacijama gena GSS razvijaju nedostatak glutation-sintetaze (GSS), autosomno recesivni poremećaj.[22] Pacijenti razvijaju širok spektar simptoma, ovisno o težini mutacija. Pacijenti s blažim utjecajem imaju kompenziranu hemolitsku anemiju, jer mutacije utiču na stabilnost enzima. Umjereno i teško pogođene osobe imaju enzime s disfunkcionalnim katalitskim mjestima, zbog čega nisu u mogućnosti sudjelovati u reakcijama detoksikacije. Fiziološki simptomi uključuju metanoličku acidozu, neurološke nedostatke i povećanu osjetljivost na patogene infekcije.[3]
Liječenje osoba s nedostatkom glutation-sintetaze obično uključuje terapijske tretmane za rješavanje blagih do teških simptoma i stanja. U svrhu liječenja metaboličke acidoze, teško pogođenim pacijentima daju se velike količine bikarbonata i antioksidansa, kao što su vitamin E i vitamin C.[23] U blažim slučajevima je pokazano da askorbat i N-acetilcistein povećavaju nivo glutationa i povećavaju proizvodnju eritrocita.[24] Važno je napomenuti da je nedostatak glutation-sintetaze toliko rijedak, da je slabo razumljiv. Bolest se također pojavljuje u spektru varijanti, pa je još teže generalizirati među rijetkim slučajevima koji se pojave.[25]
Također pogledajte
Reference
Vanjski linkovi
Šablon:Enzimi metabolizma aminokiselina Šablon:Ligaze CO CS i CN Šablon:Enzimi Šablon:Portal
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ 2,0 2,1 Šablon:Cite journal
- ↑ 3,0 3,1 Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite web
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Šablon:Cite journal
- ↑ 6,0 6,1 Šablon:Cite book
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite book
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite web
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite book
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ 19,0 19,1 Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite journal
- ↑ Šablon:Cite journal