Glikozylotransferaza - Glycosyltransferase

Większość enzymów glikozylotransferaz tworzy jedną z dwóch części: GT-A lub GT-B

Glikozylotransferazy ( GTF , Gtfs ) to enzymy ( EC 2.4 ), które tworzą naturalne wiązania glikozydowe. Są katalizują przeniesienie sacharydowych grup z aktywowanego cukru nukleotydu (znany również jako „ glikozyl dawcy ”) do nukleofilowego glikozylu akceptora cząsteczki nukleofil, które mogą być tlen - węgiel -, azot - lub siarki -na.

Wynikiem przeniesienia glikozylu może być węglowodan , glikozyd , oligosacharyd lub polisacharyd . Niektóre glikozylotransferazy katalizują przejście do nieorganicznego fosforanu lub wody . Transfer glikozylu może również zachodzić do reszt białkowych , zwykle do tyrozyny , seryny lub treoniny, z wytworzeniem O-połączonych glikoprotein , lub do asparaginy, z wytworzeniem N-połączonych glikoprotein. Grupy mannozylowe mogą być przenoszone do tryptofanu w celu wytworzenia C-mannozylotryptofanu , który jest stosunkowo obfity u eukariontów. Transferazy mogą również wykorzystywać lipidy jako akceptory, tworząc glikolipidy , a nawet wykorzystywać połączone z lipidami donory fosforanów cukru, takie jak fosforany dolicholu w organizmie eukariotycznym lub fosforan undekaprenylu w bakteriach.

Glikozylotransferazy, które wykorzystują donory nukleotydów cukru, to enzymy Leloira , po Luis F. Leloir , naukowcu, który odkrył pierwszy nukleotyd cukrowy i który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1970 r. za pracę nad metabolizmem węglowodanów. Glikozylotransferazy , które wykorzystują nienukleotydowe donory , takie jak dolichol lub pirofosforan poliprenolu , są glikozylotransferazami innymi niż Leloir .

Ssaki wykorzystują tylko 9 dawców nukleotydów cukrowych dla glikozylotransferaz: UDP-glukoza , UDP-galaktoza , UDP-GlcNAc , UDP-GalNAc , UDP-ksyloza , kwas UDP-glukuronowy , GDP-mannoza , GDP-fukoza i kwas CMP-sialowy . Fosforan(i) tych cząsteczek donora są zwykle koordynowane przez dwuwartościowe kationy, takie jak mangan, chociaż istnieją enzymy niezależne od metali.

Wiele glikozylotransferaz to jednoprzejściowe białka transbłonowe i są one zwykle zakotwiczone w błonach aparatu Golgiego

Mechanizm

Glikozylotransferazy można podzielić na enzymy „zachowujące” lub „odwracające” w zależności od tego, czy stereochemia wiązania anomerowego donora jest zachowana (α→α) czy odwrócona (α→β) podczas przenoszenia. Mechanizm odwracania jest prosty i wymaga pojedynczego ataku nukleofilowego ze strony akceptującego atomu w celu odwrócenia stereochemii.

Mechanizm retencji był przedmiotem debaty, ale istnieją mocne dowody przeciwko mechanizmowi podwójnego przemieszczenia (który spowodowałby dwie inwersje dotyczące węgla anomerycznego dla retencji netto stereochemii) lub mechanizmowi dysocjacji (którego dominujący wariant był znany jako SNi). Zaproponowano mechanizm „ortogonalnego asocjacji”, który, podobnie jak enzymy inwertujące, wymaga tylko pojedynczego ataku nukleofilowego akceptora pod nieliniowym kątem (jak obserwuje się w wielu strukturach krystalicznych), aby osiągnąć retencję anomerów.

Odwracalność reakcji

Niedawne odkrycie odwracalności wielu reakcji katalizowanych przez odwrócenie glikozylotransferaz posłużyło jako zmiana paradygmatu w tej dziedzinie i rodzi pytania dotyczące wyznaczania nukleotydów cukrowych jako „aktywowanych” dawców.

Klasyfikacja według sekwencji

Metody klasyfikacji oparte na sekwencjach okazały się potężnym sposobem generowania hipotez dotyczących funkcji białek w oparciu o dopasowanie sekwencji do białek pokrewnych. Baza danych enzymów aktywnych w węglowodanach przedstawia opartą na sekwencji klasyfikację glikozylotransferaz na ponad 90 rodzin. Oczekuje się, że w każdej z rodzin wystąpi ten sam trójwymiarowy fałd.

Struktura

W przeciwieństwie do różnorodności struktur 3D obserwowanej dla hydrolaz glikozydowych , glikozylotransferazy mają znacznie mniejszy zakres struktur. W rzeczywistości, zgodnie z bazą danych strukturalnej klasyfikacji białek , zaobserwowano tylko trzy różne fałdy dla glikozylotransferaz. Bardzo niedawno zidentyfikowano nowy fałd glikozylotransferazy dla glikozylotransferaz zaangażowanych w biosyntezę polimerowego szkieletu NAG-NAM peptydoglikanu .

Inhibitory

Znanych jest wiele inhibitorów glikozylotransferaz. Niektóre z nich to produkty naturalne, takie jak moenomycyna (inhibitor glikozylotransferaz peptydoglikanów), nikkomycyny (inhibitory syntazy chityny) oraz echinokandyny (inhibitory grzybowych syntaz β-1,3-glukanów) . Niektóre inhibitory glikozylotransferazy mają zastosowanie jako leki lub antybiotyki. Moenomycyna jest stosowana w paszach dla zwierząt jako stymulator wzrostu. Kaspofungina została opracowana z echinokandyn i jest stosowana jako środek przeciwgrzybiczy. Etambutol jest inhibitorem arabinotransferaz prątkowych i jest stosowany w leczeniu gruźlicy. Lufenuron jest inhibitorem syntezy chityny owadów i jest stosowany do zwalczania pcheł u zwierząt. Syntetyczne inhibitory glikozylotransferaz oparte na imidazolium zostały zaprojektowane do stosowania jako środki przeciwbakteryjne i antyseptyczne.

Wyznacznik grupy krwi

Układ grup krwi ABO jest determinowany przez rodzaj glikozylotransferaz wyrażanych w organizmie.

Locus genu ABO eksprymujący glikozylotransferazy ma trzy główne formy alleliczne: A, B i O. Allel A koduje 1-3-N-acetylogalaktozoaminylotransferazę, która wiąże α -N-acetylogalaktozaminę z antygenem H końca D-galaktozy, tworząc antygen A antygen. Allel B koduje 1-3-galaktozylotransferazę, która łączy α-D-galaktozę związaną z końcem D-galaktozy antygenu H, tworząc antygen B. W przypadku allelu O egzon 6 zawiera delecję, która powoduje utratę aktywności enzymatycznej. Allel O różni się nieznacznie od allelu A delecją pojedynczego nukleotydu - guaniny w pozycji 261. Delecja powoduje przesunięcie ramki odczytu i powoduje translację prawie całkowicie innego białka, które nie ma aktywności enzymatycznej. Powoduje to, że antygen H pozostaje niezmieniony w przypadku grup O.

Połączenie glikozylotransferaz przez oba allele obecne u każdej osoby określa, czy istnieje grupa krwi AB, A, B lub O.

Zastosowania

Glikozylotransferazy są szeroko stosowane zarówno w ukierunkowanej syntezie specyficznych glikokoniugatów, jak i syntezie różnie glikozylowanych bibliotek leków, sond biologicznych lub produktów naturalnych w kontekście odkrywania leków i opracowywania leków (proces znany jako glikorandomizacja ). Odpowiednie enzymy można izolować ze źródeł naturalnych lub wytwarzać rekombinacyjnie. Jako alternatywę opracowano systemy oparte na całych komórkach, wykorzystujące albo endogenne donory glikozylu, albo systemy oparte na komórkach, zawierające sklonowane i eksprymowane systemy do syntezy donorów glikozylu. W podejściach bezkomórkowych zastosowanie glikozylotransferaz na dużą skalę do syntezy glikokoniugatów wymagało dostępu do dużych ilości donorów glikozylowych. Z drugiej strony opracowano systemy recyklingu nukleotydów, które umożliwiają resyntezę donorów glikozylu z uwolnionego nukleotydu. Podejście polegające na recyklingu nukleotydów ma dodatkową zaletę polegającą na zmniejszeniu ilości nukleotydów powstających jako produkt uboczny, zmniejszając w ten sposób wielkość hamowania wywołanego przez interesującą glikozylotransferazę – powszechnie obserwowaną cechę nukleotydowego produktu ubocznego.

Zobacz też

• Chemia węglowodanów
• Glikozylacja chemiczna
• Glukuronozylotransferaza
• Syntaza glikogenu
• Akceptor glikozylowy
• Donor glikozylu
• Glikozylacja
• transferaza oligosacharydowa

Bibliografia