Войти
| глутамат-цистеиновая лигаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 6.3.2.2 | ||||||||
| Номер CAS | 9023-64-7 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Представление IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Запись BRENDA | ||||||||
| ExPASy | Представление NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Запись KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| PRIAM | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Онтология гена | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
глутамат-цистеинлигаза (GCL) (EC 6.3. 2.2 ), ранее известная как гамма-глутамилцистеинсинтетаза (ГКС), является первым ферментом клеточного пути биосинтеза глутатиона (GSH), который катализирует химическую реакцию :
L-глутамат + L -цистеин + АТФ 
GSH и, как следствие, GCL, имеет решающее значение для выживания клеток. Практически каждая эукариотическая клетка, от растений до дрожжей и людей, экспрессирует форму белка GCL с целью синтеза GSH. Чтобы еще больше подчеркнуть критическую природу этого фермента, генетический нокдаун GCL приводит к эмбриональной летальности. Кроме того, известно, что нарушение регуляции ферментативной функции и активности GCL участвует в подавляющем большинстве заболеваний человека, таких как диабет, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, ХОБЛ, ВИЧ / СПИД и рак. Обычно это связано с нарушением функции, приводящим к снижению биосинтеза GSH, снижению антиоксидантной способности клеток и индукции окислительного стресса. Однако при раке экспрессия и активность GCL повышаются, что служит как для поддержки высокого уровня пролиферации клеток, так и для придания устойчивости ко многим химиотерапевтическим агентам.
Глутамат-цистеинлигаза (GCL) катализирует первую и лимитирующую стадию производства клеточный антиоксидант глутатион (GSH), включающий АТФ-зависимую конденсацию цистеина и глутамата с образованием дипептида гамма-глутамилцистеина ( γ-GC). Это пептидное связывание уникально тем, что оно происходит между аминогруппой цистеина и концевой карбоновой кислотой боковой цепи глутамата (отсюда и название гамма-глутамилцистеин). Эта пептидная связь устойчива к расщеплению клеточными пептидазами и требует специального фермента, гамма-глутамилтранспептидазы (γGT), чтобы метаболизировать γ-GC и GSH до составляющих его аминокислот.
GCL. Ферментативная активность обычно определяет клеточные уровни GSH и биосинтетическую способность GSH. На ферментативную активность GCL влияют многочисленные факторы, включая клеточную экспрессию белков субъединицы GCL, доступ к субстратам (цистеин обычно ограничивает производство γ-GC), степень ингибирования GSH по отрицательной обратной связи и функционально значимые посттрансляционные модификации конкретных сайтов на субъединицах GCL. Учитывая его статус фермента, ограничивающего скорость биосинтеза GSH, изменения активности GCL напрямую приравниваются к изменениям в биосинтетической способности клеток GSH. Следовательно, терапевтические стратегии по изменению продукции GSH были сосредоточены на этом ферменте.
В соответствии с его критической важностью для поддержания жизни, GCL подлежит многоуровневой регуляции его экспрессии, функция и активность. Экспрессия GCL регулируется на транскрипционном (транскрипция ДНК GCLC и GCLM для образования мРНК), посттранскрипционном (стабильность мРНК с течением времени), трансляционном (процессинг мРНК в белок) и посттрансляционном уровне (включая модификации существующих белки). Хотя базовая конститутивная экспрессия необходима для поддержания жизнеспособности клеток, экспрессия субъединиц GCL также индуцируется в ответ на окислительный стресс, истощение GSH и воздействие токсичных химикатов, с Nrf2, AP-1 и NF-κB факторы транскрипции, регулирующие индуцибельную и конститутивную экспрессию обеих субъединиц
С точки зрения функциональной регуляции фермента, GSH сам действует как обратная связь ингибитор активности GCL. При нормальных физиологических концентрациях субстрата только мономер GCLC может синтезировать гамма-глутамилцистеин; однако нормальные физиологические уровни GSH (оцениваемые примерно в 5 мМ) намного превышают GSH K i для GCLC, предполагая, что только холофермент GCL является функциональным в исходных условиях. Однако во время окислительного стресса или токсического воздействия, которое может привести к истощению клеточного GSH или его окислению до дисульфида глутатиона (GSSG), функция любого мономерного GCLC в клетке, вероятно, станет весьма важной. В поддержку этой гипотезы, мыши, у которых отсутствует экспрессия субъединицы GCLM из-за генетического нокдауна, демонстрируют низкие уровни тканевого GSH (~ 10-20% от нормального уровня), что примерно соответствует уровню GSH K i для мономерной GCLC.
Животная глутаматцистеинлигаза (GCL) представляет собой гетеродимерный фермент состоящий из двух субъединиц белка,, которые кодируются независимыми генами, расположенными на разных хромосомах:
В большинстве клеток и тканей экспрессия белка GCLM ниже, чем GCLC, и поэтому GCLM ограничивает образование холоферментный комплекс. Таким образом, суммарная активность клеточного GCL равна активности холофермента + активности оставшегося мономерного GCLC. состоит из каталитической и модуляторной субъединиц. Каталитическая субъединица необходима и достаточна для всей ферментативной активности GCL, тогда как модуляторная субъединица увеличивает каталитическую эффективность фермента. Мыши, лишенные каталитической субъединицы (то есть лишенные синтеза GSH de novo), умирают до рождения. Мыши, лишенные модулирующей субъединицы, не демонстрируют очевидного фенотипа, но демонстрируют заметное снижение GSH и повышенную чувствительность к токсическим воздействиям.
.
Глутаматцистеинлигаза растений является редокс-чувствительной гомодимерной фермент, консервативный в царстве растений. В окислительной среде образуются межмолекулярные дисульфидные мостики, и фермент переходит в димерное активное состояние. Потенциал средней точки критической пары цистеина составляет -318 мВ. Помимо окислительно-восстановительного контроля, фермент GCL растений по обратной связи ингибируется глутатионом. GCL локализован исключительно в пластидах, а глутатионсинтетаза (GS) имеет двойную направленность на пластиды и цитозоль, таким образом, GSH и гамма-глутамилцистеин экспортируются из пластиды. Оба фермента биосинтеза глутатиона необходимы растениям; нокауты GCL и GS смертельны для зародыша и проростков.
По состоянию на конец 2007 г. для этого класса ферментов было решено 6 структур с PDB коды доступа 1V4G, 1VA6, 2D32, 2D33, 2GWC и 2GWD.
