Syntaza sacharozo-fosforanowa - Sucrose-phosphate synthase
| syntaza sacharozo-fosforanowa | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Monomer syntazy fosforanu sacharozy, Halothermothrix orenii
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| Numer WE | 2.4.1.14 | ||||||||
| numer CAS | 9030-06-2 | ||||||||
| Bazy danych | |||||||||
| IntEnz | Widok IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Wpis BRENDA | ||||||||
| ExPASy | Widok NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Wpis KEGG | ||||||||
| MetaCyc | szlak metaboliczny | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| Struktury PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Ontologia genów | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Syntaza sacharozo-fosforanowa jest enzymem roślinnym biorącym udział w biosyntezie sacharozy . W szczególności enzym ten katalizuje przeniesienie grupy heksozylowej z glukozy difosforanu urydyny ( UDP-glukoza ) do D- fruktozo-6-fosforanu z wytworzeniem UDP i D-sacharozo-6-fosforanu. Ten odwracalny etap działa jako kluczowy regulacyjny punkt kontrolny w biosyntezie sacharozy i jest doskonałym przykładem różnych kluczowych strategii regulacji enzymów, takich jak kontrola allosteryczna i odwracalna fosforylacja .
Enzym ten uczestniczy w metabolizmie skrobi i sacharozy .
Nomenklatura
Enzym ten należy do rodziny glikozylotransferaz , a konkretnie do heksozylotransferaz . Nazwa systematyczna tej klasy enzymów to UDP-glukoza: D-fruktozo-6-fosforan 2-alfa-D-glukozylotransferaza. Inne powszechnie używane nazwy obejmują glukozylotransferazę UDP-glukozo-fruktozo-fosforanową, glukozylotransferazę sachrosofosforanową-UDP, glukozylotransferazę UDP-glukozo-fruktozo-fosforanową, SPS, urydyno-difosfoglukozo-fruktozofosforan, glukozylotransferazę, sacharozę i syntazę sacharozy, sacharozę i 6-fosforan. glukozylotransferaza fosforano-urydynodifosforanowa.
Struktura
Dyfrakcji rentgenowskiej analizy wykazały, że struktura z Halothermothrix orenii SPS należy do GT-B zagięcia rodziny. Podobnie jak inne białka GT-B, SPS zawiera dwie domeny pofałdowane Rossmanna , które nazywane są domeną A i domeną B. Ogólnie struktura tych domen jest nieco podobna, ponieważ obie zawierają centralne arkusze beta otoczone przez helisy alfa . Jednak domena A składa się z ośmiu równoległych nici beta i siedmiu helis alfa, podczas gdy domena B zawiera sześć równoległych nici beta i dziewięć helis alfa. Domeny te są połączone pętlami reszt, tworząc szczelinę wiążącą substrat , w której łączy się akceptor grupy glukozylowej.
Chociaż H. orenii nie jest bakterią fotosyntetyczną , różne badania wskazują, że struktura jej SPS jest podobna do SPS roślin. Po pierwsze, przeciwciała o wysokiej swoistości wobec roślinnego SPS również celują w bakteryjny SPS, co wskazuje, że struktura jest wystarczająco konserwowana, aby przeciwciało rozpoznawało enzym jako antygen. Ponadto badania genomu ujawniają, że blisko spokrewnione homologi roślin wykazują do 54% identyczności sekwencji.
Mechanizm
W otwartej konformacji H. orenii SPS fruktozo-6-fosforan tworzy wiązania wodorowe z resztami Gly-33 i Gln-35 w domenie A, podczas gdy UDP-glukoza oddziałuje z domeną B. Badania struktur kryształów ujawniają, że po związaniu dwie domeny skręcają się, aby zawęzić wejście szczeliny wiążącej substrat z 20? Do 6? W tej zamkniętej konformacji reszta Gly-34 domeny A oddziałuje z UDP-glukozą i zmusza substrat do przystosowania struktury pofałdowanej, ułatwiając jej oddanie grupy heksozylowej.
Po związaniu, fruktozo-6-fosforanu oddziaływuje UDP poprzez wiązania wodorowe, która obniża energię aktywacji w reakcji i stabilizuje stan przejściowy . Ostatecznie, atom C1 UDP-glukozy ulega nukleofilowemu atakowi przez atom tlenu we fruktozo-6-fosforanie, co powoduje przeniesienie grupy glukozylowej do fruktozo-6-fosforanu. Obecnie nie jest jasne, czy ten mechanizm wymaga jonu dwuwartościowego, ale nieudane próby uwięzienia i wykrycia obecności kationu magnezu sugerują, że mechanizm ten jest niezależny od jonu metalu.
Strategie regulacyjne
Fosforylacja
Kinaza SPS odwracalnie fosforyluje resztę seryny, a następnie dezaktywuje SPS. W szpinaku i kukurydzy miejsce regulacji fosforylacji zidentyfikowano odpowiednio jako Ser158 i Ser162. Chociaż obecnie nie jest jasne, czy ten homolog reszty serylu w innych roślinnych SPS jest fosforylowany w celu stłumienia aktywności SPS, zachowanie sąsiednich pozostałości zaobserwowano u innych gatunków roślin. Ta konserwowana sekwencja może potencjalnie pomóc w rozpoznaniu regulatorowej kinazy SPS. Po fosforylacji inaktywowany enzym może być defosforylowany i reaktywowany przez fosfatazę SPS. Oprócz kontrolowania poziomu sacharozy w komórce, regulacja poprzez fosforylację może pomóc komórce dostosować się do warunków hiperosmotycznych; w okresach stresu osmotycznego reszta serylu ulega fosforylacji, a aktywność enzymu spada. Ta strategia regulacji kontroluje również przepływ węgla z fotosyntezy, ponieważ badania wskazują, że szlak transdukcji sygnału odpowiedzialny za aktywację SPS odpowiada na bodziec świetlny .
Allostery
Glukozo-6-fosforan wiąże się z miejscem allosterycznym, powodując zmiany konformacyjne w SPS, które zwiększają powinowactwo enzymu do substratu akceptującego glukozyl. Nieorganiczny fosforan może również wiązać się z tym miejscem allosterycznym, zapobiegając aktywacji SPS przez glukozo-6-fosforan. Podobnie jak regulacja poprzez fosforylację, ta strategia regulacji jest również ściśle związana z fotosyntezą, ponieważ wysokie wskaźniki fotosyntezy wyczerpują poziomy nieorganicznego fosforanu i zwiększają stężenie glukozo-6-fosforanu w chloroplastach . Ogólnie rzecz biorąc, zwiększone tempo fotosyntezy zwiększy aktywność SPS.
Funkcjonować
SPS odgrywa główną rolę w rozdzielaniu węgla między sacharozę i skrobię w tkankach fotosyntetycznych i niefotosyntetycznych , wpływając na wzrost i rozwój rośliny. W dojrzewających owocach SPS jest odpowiedzialny za przekształcanie skrobi w sacharozę i inne rozpuszczalne cukry. Ponadto SPS jest również aktywny w komórkach, które w większości degradują sacharozę, uczestnicząc w daremnych cyklach, które pozwalają na duże, szybkie zmiany w przepływie sacharozy .
W niskiej temperaturze zwiększa się aktywność SPS i tempo biosyntezy sacharozy. Akumulacja sacharozy jest korzystna w niskiej temperaturze, ponieważ sacharoza jest formą magazynowania energii, która może być szybko metabolizowana do celów oddechowych. Ponadto zwiększone ilości sacharozy mogą pomóc roślinie wytrzymać zamarzanie.
