Серин-С-пальмитоилтрансфераза

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Серин-С-пальмитоилтрансфераза
Кристаллографическая структура серин-С-пальмитоилтрансферазы из "S. paucimobilis". В центре виден кофактор PLP[1].
Кристаллографическая структура серин-С-пальмитоилтрансферазы из "S. paucimobilis". В центре виден кофактор PLP[1].
Идентификаторы
Шифр КФ 2.3.1.50

Серин-С-пальмитоилтрансфераза, также серин-пальмитоилтрансфераза, 3-оксосфинганин синтаза (англ. serine C-palmitoyltransferase, сокр. SPT) — фермент (КФ 2.3.1.50), из семейства ацилтрансфераз (класс трансферазы), катализирующий реакцию переноса ацильной группы на молекулу субстрата — серина, по уравнению[2][3]:

пальмитоил-CoA + серин CoA-SH + 3-дегидро-D-сфинганин + CO2.

В реакции участвуют два субстрата серин и пальмитоил-CoA, продуктами реакции являются кофермент А, 3-дегидро-D-сфинганин и углекислый газ[4][5]. Реакция является ключевой ступенью в биосинтезе сфингозина, который является предшественником многих сфинголипидов. В качестве кофактора фермент использует пиридоксальфосфат (PLP).

Структура[править | править код]

Серин C-пальмитоилтрансфераза является членом семейства AOS (a-оксоаминсинтазы) PLP-зависимых ферментов, которые катализируют конденсацию аминокислот и ацил-CoA-тиоэфирных субстратов[6]. Человеческий фермент представляет собой гетеродимер, состоящий из двух мономерных субъединиц, известных как длинная цепь 1 и 2 (LCB1/2), кодируемых отдельными генами. Активный сайт LCB2 содержит лизин и другие ключевые каталитические аминокислотные остатки, которые отсутствуют в LCB1, и не участвует в катализе, но тем не менее необходимы для синтеза и стабильности фермента[7].

По состоянию на конец 2007 года были изучены две структуры для этого класса ферментов, с кодами доступа PDB 2JG2 и 2JGT[1].

Ключевые активные остатки сайта серин C-пальмитоилтрансферазы, которые взаимодействуют с PLP. Сгенерировано из 2JG2.

Механизм[править | править код]

PLP (пиридоксаль-5'-фосфат)-зависимая серин-C-пальмитоилтрансфераза выполняет первую ферментативную стадию биосинтеза de novo сфинголипидов. Фермент катализирует кляйзен-подобную конденсацию между L-серином и субстратом ацил-CoA-тиоэфиром (CoASH) (как правило, ацил — C16-пальмитоил) или ацил-ACP (ацил-ацилпереносящий белок) тиоэфирным субстратом с образованием 3-кетодигидросфингозина. Первоначально кофермент PLP связывается с лизином активного сайта посредством основания Шиффа, чтобы образовать голо-форму или внутренний альдимин фермента. Затем аминогруппа L-серина атакует и вытесняет лизин, связанный с PLP, образуя внешнее альдиминовое промежуточное соединение. Затем происходит депротонирование на α-С-атоме серина, образуя хиноноидное промежуточное соединение, которое атакует входящий тиоэфирный субстрат. После декарбоксилирования и атаки лизина, продукт реакции 3-кетодигидросфингозин высвобождается и происходит преобразование каталитически активного PLP. Эта реакция конденсации образует сфингоидное основание или основание с длинной цепью, обнаруженное во всех последующих промежуточных сфинголипидах и сложных сфинголипидах в организме[3].

Изоформы[править | править код]

У разных видов существует множество различных изоформ серин-C-пальмитоилтрансферазы. В отличие от эукариот, у которых фермент гетеродимерен и связан с мембраной, бактериальные ферменты являются гомодимерами и цитоплазматическими. Исследования изоформы фермента, обнаруженной в грамотрицательной бактерии S. paucimobilis, были первыми, которые прояснили структуру фермента, показав, что кофактор PLP удерживается на месте несколькими остатками аминокислот активного центра, включая Lys265 и His159[8]. В частности, изоформа S. paucimobilis имеет остаток аргинина в активном центре (Arg378), который играет ключевую роль в стабилизации карбоксильной группы внешнего промежуточного альдимина PLP-L-серина. Подобные остатки аргинина в гомологах ферментов (Arg370, Arg390) играют аналогичную роль[9]. Другие гомологи, такие как Sphingobacterium multivorum, имеют карбоксильную группу, связанную с остатками серина и метионина через молекулы воды вместо аргинина[10]. Обнаружено, что некоторые гомологи ферментов, такие как S. multivorum и B. stolpii, связаны с внутренней клеточной мембраной, напоминая таким образом эукариотические ферменты[11]. Гомолог B. stolpii также обладает субстратным ингибированием пальмитоил-CoA, особенностью, общей для гомологов дрожжей и млекопитающих[12][13][14].

Клиническое значение[править | править код]

HSAN1 (наследственная сенсорная и автономная нейропатия 1-го типа, Hereditary sensory and autonomic neuropathy, type 1) — генетическое заболевание, вызываемое мутациями либо в одном из SPTLC1, либо в SPTLC2, генах, кодирующих две гетеродимерные субъединицы фермента эукариотической серин-C-пальмитоилтрансферазы[15][16][17]. Было показано, что эти мутации изменяют специфичность активного центра, в частности, за счёт усиления способности фермента конденсировать L-аланин с субстратом пальмитоил-CoA[18]. Это согласуется с повышенными уровнями дезоксисфингоидных оснований, образующихся в результате конденсации аланина с пальмитоил-CoA, наблюдаемыми у пациентов с HSAN1[19].

Распространение в живых организмах[править | править код]

Серин-С-пальмитоилтрансфераза экспрессируется у большого числа видов живых организмов — от бактерий до человека. Бактериальный фермент представляет собой водорастворимый гомодимер[2], тогда как у эукариот фермент представляет собой гетеродимер, который прикреплён к эндоплазматическому ретикулуму[3]. Люди и другие млекопитающие экспрессируют три паралогичные субъединицы SPTLC1, SPTLC2 и SPTLC3. Первоначально было предположено, что функциональный фермент человека является гетеродимером между субъединицей SPTLC1 и второй субъединицей, которая является либо SPTLC2, либо SPTLC3[20]. Однако более поздние данные предполагают, что фермент может существовать в виде более крупного комплекса, возможно октамера, включающего все три субъединицы[21].

Примечания[править | править код]

  1. ↑ 1 2 Yard B.A., Carter L.G., Johnson K.A., Overton I.M., Dorward M., Liu H., McMahon S.A., Oke M., Puech D., Barton G.J., Naismith J.H., Campopiano D.J. The structure of serine palmitoyltransferase; gateway to sphingolipid biosynthesis (англ.) // Journal of Molecular Biology  (англ.) (рус. : journal. — 2007. — July (vol. 370, no. 5). — P. 870—886. — doi:10.1016/j.jmb.2007.04.086. — PMID 17559874.
  2. ↑ 1 2 Ikushiro H., Hayashi H., Kagamiyama H. Bacterial serine palmitoyltransferase: a water-soluble homodimeric prototype of the eukaryotic enzyme (англ.) // Biochimica et Biophysica Acta  (англ.) (рус. : journal. — 2003. — April (vol. 1647, no. 1—2). — P. 116—120. — doi:10.1016/S1570-9639(03)00074-8. — PMID 12686119.
  3. ↑ 1 2 3 Hanada K. Serine palmitoyltransferase, a key enzyme of sphingolipid metabolism (англ.) // Biochimica et Biophysica Acta  (англ.) (рус. : journal. — 2003. — June (vol. 1632, no. 1—3). — P. 16—30. — doi:10.1016/S1388-1981(03)00059-3. — PMID 12782147.
  4. ↑ Brady R.N., Di Mari S.J., Snell E.E. Biosynthesis of sphingolipid bases. 3. Isolation and characterization of ketonic intermediates in the synthesis of sphingosine and dihydrosphingosine by cell-free extracts of Hansenula ciferri (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1969. — January (vol. 244, no. 2). — P. 491—496. — PMID 4388074. Архивировано 28 января 2005 года.
  5. ↑ Stoffel W., LeKim D., Sticht G. Biosynthesis of dihydrosphingosine in vitro (англ.) // Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chem.  (англ.) (рус. : journal. — 1968. — May (vol. 349, no. 5). — P. 664—670. — doi:10.1515/bchm2.1968.349.1.664. — PMID 4386961.
  6. ↑ Eliot A.C., Kirsch J.F. Pyridoxal phosphate enzymes: mechanistic, structural, and evolutionary considerations (англ.) // Annual Review of Biochemistry  (англ.) (рус. : journal. — 2004. — Vol. 73. — P. 383—415. — doi:10.1146/annurev.biochem.73.011303.074021. — PMID 15189147.
  7. ↑ Han G., Gable K., Yan L., Natarajan M., Krishnamurthy J., Gupta S.D., Borovitskaya A., Harmon J.M., Dunn T.M. The topology of the Lcb1p subunit of yeast serine palmitoyltransferase (англ.) // The Journal of Biological Chemistry : journal. — 2004. — December (vol. 279, no. 51). — P. 53707—53716. — doi:10.1074/jbc.M410014200. — PMID 15485854.
  8. ↑ Shiraiwa Y, Ikushiro H, Hayashi H (June 2009). "Multifunctional role of His159in the catalytic reaction of serine palmitoyltransferase". The Journal of Biological Chemistry. 284 (23): 15487—95. doi:10.1074/jbc.M808916200. PMC 2786316. PMID 19346561.
  9. ↑ Lowther J, Charmier G, Raman MC, Ikushiro H, Hayashi H, Campopiano DJ (June 2011). "Role of a conserved arginine residue during catalysis in serine palmitoyltransferase" (PDF). FEBS Letters. 585 (12): 1729—34. doi:10.1016/j.febslet.2011.04.013. PMID 21514297. S2CID 25828713.
  10. ↑ Ikushiro H, Islam MM, Okamoto A, Hoseki J, Murakawa T, Fujii S, Miyahara I, Hayashi H (October 2009). "Structural insights into the enzymatic mechanism of serine palmitoyltransferase from Sphingobacterium multivorum". Journal of Biochemistry. 146 (4): 549—62. doi:10.1093/jb/mvp100. PMID 19564159.
  11. ↑ Ikushiro H, Islam MM, Tojo H, Hayashi H (August 2007). "Molecular characterization of membrane-associated soluble serine palmitoyltransferases from Sphingobacterium multivorum and Bdellovibrio stolpii". Journal of Bacteriology. 189 (15): 5749—61. doi:10.1128/JB.00194-07. PMC 1951810. PMID 17557831.
  12. ↑ Gable K, Slife H, Bacikova D, Monaghan E, Dunn TM (March 2000). "Tsc3p is an 80-amino acid protein associated with serine palmitoyltransferase and required for optimal enzyme activity". The Journal of Biological Chemistry. 275 (11): 7597—603. doi:10.1074/jbc.275.11.7597. PMID 10713067.
  13. ↑ Hanada K, Hara T, Nishijima M (March 2000). "Purification of the serine palmitoyltransferase complex responsible for sphingoid base synthesis by using affinity peptide chromatography techniques". The Journal of Biological Chemistry. 275 (12): 8409—15. doi:10.1074/jbc.275.12.8409. PMID 10722674.
  14. ↑ Lara PN, Moon J, Redman MW, Semrad TJ, Kelly K, Allen JW, Gitlitz BJ, Mack PC, Gandara DR (January 2015). "Relevance of platinum-sensitivity status in relapsed/refractory extensive-stage small-cell lung cancer in the modern era: a patient-level analysis of southwest oncology group trials". Journal of Thoracic Oncology. 10 (1): 110—5. doi:10.1097/JTO.0000000000000385. PMC 4320001. PMID 25490004.
  15. ↑ Bejaoui K, Wu C, Scheffler MD, Haan G, Ashby P, Wu L, de Jong P, Brown RH (March 2001). "SPTLC1 is mutated in hereditary sensory neuropathy, type 1". Nature Genetics. 27 (3): 261—2. doi:10.1038/85817. PMID 11242106. S2CID 34442339.
  16. ↑ Gable K, Han G, Monaghan E, Bacikova D, Natarajan M, Williams R, Dunn TM (March 2002). "Mutations in the yeast LCB1 and LCB2 genes, including those corresponding to the hereditary sensory neuropathy type I mutations, dominantly inactivate serine palmitoyltransferase". The Journal of Biological Chemistry. 277 (12): 10194—200. doi:10.1074/jbc.M107873200. PMID 11781309.
  17. ↑ Rotthier A, Auer-Grumbach M, Janssens K, Baets J, Penno A, Almeida-Souza L, Van Hoof K, Jacobs A, De Vriendt E, Schlotter-Weigel B, Löscher W, Vondráček P, Seeman P, De Jonghe P, Van Dijck P, Jordanova A, Hornemann T, Timmerman V (October 2010). "Mutations in the SPTLC2 subunit of serine palmitoyltransferase cause hereditary sensory and autonomic neuropathy type I". American Journal of Human Genetics. 87 (4): 513—22. doi:10.1016/j.ajhg.2010.09.010. PMC 2948807. PMID 20920666.
  18. ↑ Gable K, Gupta SD, Han G, Niranjanakumari S, Harmon JM, Dunn TM (July 2010). "A disease-causing mutation in the active site of serine palmitoyltransferase causes catalytic promiscuity". The Journal of Biological Chemistry. 285 (30): 22846—52. doi:10.1074/jbc.M110.122259. PMC 2906276. PMID 20504773.
  19. ↑ Penno A, Reilly MM, Houlden H, Laurá M, Rentsch K, Niederkofler V, Stoeckli ET, Nicholson G, Eichler F, Brown RH, von Eckardstein A, Hornemann T (April 2010). "Hereditary sensory neuropathy type 1 is caused by the accumulation of two neurotoxic sphingolipids". The Journal of Biological Chemistry. 285 (15): 11178—87. doi:10.1074/jbc.M109.092973. PMC 2856995. PMID 20097765.
  20. ↑ Hornemann T, Richard S, Rütti MF, Wei Y, von Eckardstein A (December 2006). "Cloning and initial characterization of a new subunit for mammalian serine-palmitoyltransferase". The Journal of Biological Chemistry. 281 (49): 37275—81. doi:10.1074/jbc.M608066200. PMID 17023427.
  21. ↑ Hornemann T, Wei Y, von Eckardstein A (July 2007). "Is the mammalian serine palmitoyltransferase a high-molecular-mass complex?". The Biochemical Journal. 405 (1): 157—64. doi:10.1042/BJ20070025. PMC 1925250. PMID 17331073.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Серин-С-пальмитоилтрансфераза&oldid=134949245