트랜스케톨라아제
Transketolase| 트랜스케톨라아제 | |||||||||
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| 식별자 | |||||||||
| EC 번호 | 2.2.1.1 | ||||||||
| CAS 번호 | 9014-48-6 | ||||||||
| 데이터베이스 | |||||||||
| 인텐츠 | IntEnz 뷰 | ||||||||
| 브렌다 | 브렌다 엔트리 | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme 뷰 | ||||||||
| 케그 | KEGG 엔트리 | ||||||||
| 메타사이크 | 대사 경로 | ||||||||
| 프라이머리 | 프로필 | ||||||||
| PDB 구조 | RCSB PDB PDBe PDBum | ||||||||
| 진 온톨로지 | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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| 트랜스케톨라아제 | |||||||
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| 식별자 | |||||||
| 기호. | TKT | ||||||
| NCBI유전자 | 7086 | ||||||
| HGNC | 11834 | ||||||
| 옴 | 606781 | ||||||
| 참조 | NM_001064 | ||||||
| 유니프로트 | P29401 | ||||||
| 기타 데이터 | |||||||
| EC 번호 | 2.2.1.1 | ||||||
| 궤적 | 제3장 페이지 14.3 | ||||||
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트랜스케톨라아제(약칭 TK)는 TKT 유전자에 의해 암호화되는 효소이다.그것은 모든 유기체의 펜토오스 인산 경로와 광합성의 캘빈 회로에 모두 관여한다.트랜스케톨라아제는 이 두 가지 경로에서 반대 방향으로 작용하는 두 가지 중요한 반응을 촉매합니다.비산화성 오탄당 인산 경로의 첫 번째 반응에서 보조인자 티아민2인산은 5탄소 케토스(D-자일룰로오스-5-P)로부터 2-탄소 단편을 받아들여 5탄소 알도스(D-리보스-5-P)에 전달하여 7탄소 케토스(세도펩토오스-7-P)를 형성한다.D-xylulos-5-P에서 2개의 탄소를 추출하면 3-탄소 알도스 글리세린알데히드-3-P가 생성된다.캘빈회로에서 트랜스케톨라아제는 역반응을 촉매하여 세도헵툴로오스-7-P 및 글리세린알데히드-3-P를 펜토스, 알도스D-리보스-5-P 및 케토스D-자일로오스-5-P로 변환한다.
펜토오스 인산 경로에서 트랜스케톨라아제에 의해 촉매되는 두 번째 반응은 D-자일로오스-5-P에서 알도스 에리트로스-4-인산으로의 2-탄소 조각의 동일한 티아민 이인산 매개 전달을 수반하며, 과당 6-인산 및 글리세르알데히드-3-P를 제공한다.다시, 캘빈 회로에서도 정확히 같은 반응이 일어나지만, 반대 방향이다.또한 캘빈 회로에서 이것은 두 번째가 아니라 트랜스케톨라아제에 의해 촉매되는 첫 번째 반응이다.
포유동물에서, 트랜스케톨라아제는 펜토스 인산 경로를 해당과정에 연결하여 과도한 당인산을 주요 탄수화물 대사 경로로 공급합니다.NADPH의 생산, 특히 간 및 유선에 의한 지방산 합성, 간 및 부신에 의한 스테로이드 합성과 같은 생합성에 활발하게 관여하는 조직에서의 존재는 필요하다.티아민 이인산은 칼슘과 함께 필수적인 보조인자이다.
트랜스케톨라아제는 간질각화세포와 상피세포에 의해 포유류의 각막에서 풍부하게 발현되며 각막결정체 [1]중 하나로 알려져 있다.
종 분포
트랜스케톨라아제는 박테리아, 식물, 포유류를 포함한 광범위한 유기체에서 널리 발현된다.다음의 인간 유전자는 트랜스케톨라아제 활성을 가진 단백질을 부호화한다.
구조.
이 효소에 대한 활성 부위의 입구는 주로 몇 가지 아르기닌, 히스티딘, 세린 및 아스파르트산 측쇄로 구성되며, 글루탐산 측쇄는 이차적인 역할을 한다.이러한 곁사슬은 Arg359, Arg528, His469 및 Ser386으로 각 트랜스케톨라아제 효소 내에서 보존되며 공여체 및 수용체 기질의 인산기와 상호작용한다.기판채널은 매우 좁기 때문에 도너와 리셉터 기판을 동시에 결합할 수 없다.또, 기판은, 이 좁은 채널을 수용하기 위해서, 액티브 사이트내에서 바인드 했을 때에 약간 확장한 형태로 한다.
이 효소는 케토 및 알도수가스 과당, 리보오스 등을 포함한 인산화 및 비인산화 단당류 등 다수의 기질을 결합할 수 있지만, 당류의 하이드록실기의 스테레오 구성에 대해서는 높은 특이성을 가진다.케토스 공여체의 C-3 및 C-4에 있는 이러한 수산기는 알도스 [2]수용체 상의 C-1 및 C-2 위치에 정확하게 대응하려면 D-threo 배치에 있어야 한다.또한 이들은 Asp477, His30 및 His263 잔류물과 상호작용하여 활성 부위의 기질을 안정화시킨다.하이드록실기의 배치 또는 이들의 입체화학적 배치 모두, 이러한 구성의 파괴는 결과적으로 잔류물과 기질 사이의 H 결합을 변화시켜 기질에 대한 저친화성을 야기할 것이다.
이 경로의 전반부에서 His263은 C3 하이드록실 양성자를 효과적으로 추출하기 위해 사용되며, 따라서 2-탄소 세그먼트가 과당 6-인산으로부터 [3]분리될 수 있다.이 단계가 발생하는 데 필요한 보조 인자는 티아민 피로인산염(TPP)입니다.효소에 대한 TPP의 결합은 효소에 주요한 구조 변화를 일으키지 않는다. 대신, 효소는 활성 부위에 TPP에 접근하고 결합을 [2]가능하게 하는 두 개의 유연한 루프를 가지고 있다.따라서 활성화사이트는 큰 구성변경이 아닌 "닫힌" 구성을 가질 수 있습니다.경로의 후반부에서 His263은 기질 수용체-TPP 복합체에 대한 양성자 공여체로 사용되며, 그 후 에리트로스-4-인산을 생성할 수 있다.
히스티딘 및 아스파르트산 측쇄는 활성 부위 내에서 기질을 효과적으로 안정화시키고 기질의 탈양성자화에도 참여하기 위해 사용된다.구체적으로는 His263 및 His30 사이드체인은 기판채널의 가장 깊은 곳에 있는 기판의 알데히드단에 수소결합을 형성하고, Asp477은 기판상의 알파 하이드록실기와 수소결합을 형성하며, 여기서 기판을 효과적으로 결합하고 적절한 입체화학을 체크한다.또한 Asp477은 활성 부위의 중간 방향과 기질의 알파 하이드록실기와의 상호작용 때문에 중요한 촉매 효과를 가질 수 있다고 생각된다.활성 사이트의 가장 깊은 영역에 있는 Glu418은 TPP 보조 인자를 안정화하는 데 중요한 역할을 합니다.구체적으로는 기질 [2]분자로부터의 보조인자 보조 양성자 추상화에 관여한다.
기질의 인산기는 기질이 활성 부위로 진입할 때 기질을 안정시키는 데에도 중요한 역할을 한다.인산염기와 잔류물 Arg359, Arg528, His469 및 Ser386 사이의 긴밀한 이온 및 극성 상호작용은 인산염의 [2]산소 원자에 H-bond를 형성하여 기질을 안정시키는 데 총체적으로 작용한다.이온성은 Arg359에서 인산기로 형성된 염교에서 발견된다.
메커니즘
이 메커니즘의 촉매 작용은 티아졸륨 고리에서의 TPP의 탈양성자에 의해 시작된다.그런 다음 이 카르보닐은 공여 기질의 카르보닐에 결합되어 C-2와 C-3 사이의 결합을 분해한다.이 케토 조각은 TPP의 C-2 탄소에 공유 결합되어 있습니다.이어서 공여 기질이 방출되고, 수용체 기질은 활성 부위로 들어가 중간α-β-디히드록시에틸 티아민2인산에 결합된 조각이 수용체에 [2]전달된다.
기질의 인산기와 상호작용하는 활성부위 입구의 아미노산 Arg359, Arg528 및 His469에 대해 알라닌 치환 효과를 시험하는 실험도 수행되었다.이 치환으로 촉매 [2]활성 장애가 있는 돌연변이 효소가 생성됩니다.
질병에서의 역할
트랜스케톨라아제 활성은 티아민 결핍으로 감소하는데, 이는 일반적으로 영양실조에 기인한다.각기병, 비오틴-티아민 반응성 기저신경절 질환,[4] 베르니케-코르사코프 증후군 등을 포함한 여러 질병이 티아민 결핍과 관련이 있다.
베르니케-코르사코프 증후군에서는 돌연변이를 [5]증명할 수 없지만, 트란스케톨라아제가 [6]티아민에 대한 친화력이 감소된 사람들에서만 티아민 결핍이 베르니케-코르사코프 증후군으로 이어진다는 징후가 있다.이렇게 하면 트랜스케톨라아제 활성이 크게 저해되고 그 결과 펜토오스 인산염 경로 [7]전체가 억제된다.
진단 용도
적혈구 트랜스케톨라아제 활성은 티아민 결핍증(비타민B1)이 감소하며,[8] 진단이 불확실한 경우 베르니케 뇌증 및 다른 B 결핍1 증후군의 진단에 사용될 수 있다.베이스라인 효소 활성(결핍 상태에서도 정상일 수 있음)과는 별도로, 티아민 피로인산염 첨가 후 효소 활성의 가속은 티아민 결핍을 진단할 수 있다(0-15% 정상, 15-25% 결핍, > 25% 중증 결핍).[9]
레퍼런스
- ^ Sax CM, Kays WT, Salamon C, Chervenak MM, Xu YS, Piatigorsky J (November 2000). "Transketolase gene expression in the cornea is influenced by environmental factors and developmentally controlled events". Cornea. 19 (6): 833–41. doi:10.1097/00003226-200011000-00014. PMID 11095059. S2CID 7453789.
- ^ a b c d e f Nilsson U, Meshalkina L, Lindqvist Y, Schneider G (January 1997). "Examination of substrate binding in thiamin diphosphate-dependent transketolase by protein crystallography and site-directed mutagenesis". The Journal of Biological Chemistry. 272 (3): 1864–9. doi:10.1074/jbc.272.3.1864. PMID 8999873.
- ^ Wikner C, Nilsson U, Meshalkina L, Udekwu C, Lindqvist Y, Schneider G (December 1997). "Identification of catalytically important residues in yeast transketolase". Biochemistry. 36 (50): 15643–9. doi:10.1021/bi971606b. PMID 9398292.
- ^ Tabarki B, Al-Hashem A, Alfadhel M (August 2020). "Biotin-Thiamine-Responsive Basal Ganglia Disease". In Adam MP, Ardinger HH, Pagon RA, Wallace SE, Bean LJ, Mirzaa G, Amemiya A, Tabarki B, Al-Hashem A, Alfadhel M (eds.). GeneReviews. PMID 24260777.
- ^ McCool BA, Plonk SG, Martin PR, Singleton CK (January 1993). "Cloning of human transketolase cDNAs and comparison of the nucleotide sequence of the coding region in Wernicke-Korsakoff and non-Wernicke-Korsakoff individuals". The Journal of Biological Chemistry. 268 (2): 1397–404. PMID 8419340.
- ^ Blass JP, Gibson GE (December 1977). "Abnormality of a thiamine-requiring enzyme in patients with Wernicke-Korsakoff syndrome". The New England Journal of Medicine. 297 (25): 1367–70. doi:10.1056/NEJM197712222972503. PMID 927453.
- ^ Cox M, Nelson DR, Lehninger AL (2005). Lehninger principles of biochemistry. San Francisco: W.H. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.
- ^ Smeets EH, Muller H, de Wael J (July 1971). "A NADH-dependent transketolase assay in erythrocyte hemolysates". Clinica Chimica Acta; International Journal of Clinical Chemistry. 33 (2): 379–86. doi:10.1016/0009-8981(71)90496-7. hdl:1874/24761. PMID 4330339.
- ^ Doolman R, Dinbar A, Sela BA (July 1995). "Improved measurement of transketolase activity in the assessment of "TPP effect"". European Journal of Clinical Chemistry and Clinical Biochemistry. 33 (7): 445–6. PMID 7548453.
