Войти
| Глицеральдегид-3-фосфат d эгидрогеназа, NAD-связывающий домен | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 детерминанты термостабильности фермента, наблюдаемые в молекулярной структуре d-глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы thermus aquaticus при разрешении 2,5 ангстрем | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Gp_dh_N | ||||||||
| Pfam | PF00044 | ||||||||
| Pfam клан | CL0063 | ||||||||
| InterPro | IPR020828 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00069 | ||||||||
| SCOPe | 1gd1 / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, C-концевой домен | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 кристаллическая структура глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы из pyrococcus horikoshii ot3 | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Gp_dh_C | ||||||||
| Pfam | PF02800 | ||||||||
| Pfam clan | CL0139 | ||||||||
| InterPro | IPR020829 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00069 | ||||||||
| SCOPe | 1gd1 / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (сокращенно GAPDH ) (EC 1.2.1.12 ) представляет собой фермент примерно 37 кДа, который катализирует шестую стадию гликолиза и, таким образом, служит для расщепления глюкозы для получения энергии и молекул углерода. В дополнение к этой давно установленной метаболической функции, GAPDH недавно был вовлечен в несколько неметаболических процессов, включая активацию транскрипции, инициирование апоптоза, ER к перемещению пузырьков Гольджи, и быстрый аксональный, или аксоплазматический транспорт. В сперме экспрессируется специфический для семенников изофермент GAPDHS.
В нормальных клеточных условиях цитоплазматический GAPDH существует в основном в виде тетрамера. Эта форма состоит из четырех идентичных субъединиц 37- кДа, каждая из которых содержит одну каталитическую тиольную группу и имеет решающее значение для каталитической функции фермента. Ядерный GAPDH имеет повышенную изоэлектрическую точку (pI) pH 8,3–8,7. Следует отметить, что остаток цистеина C152 в активном сайте фермента необходим для индукции апоптоза окислительным стрессом. Примечательно, что посттрансляционные модификации цитоплазматического GAPDH вносят вклад в его функции вне гликолиза.
GAPDH кодируется одним геном, который продуцирует один транскрипт мРНК с 8 вариантами сплайсинга, хотя и является изоформой существует как отдельный ген, который экспрессируется только в сперматозоидах.
| глицеральдегид-3-фосфат | глицеральдегидфосфатдегидрогеназа | D-глицерат-1,3-бисфосфат | |
 |  | ||
| НАД +Pi | НАДН +H | ||
 | |||
| NAD +Pi | NADH +H | ||
Соединение C00118 в KEGG База данных путей. Фермент 1.2.1.12 в KEGG База данных путей. Реакция R01063 в KEGG База данных путей. Соединение C00236 в KEGG База данных путей.
Первая реакция - это окисление глицеральдегид-3-фосфата (G3P) в положении-1 (на диаграмме это показано как 4-й углерод от гликолиза), в котором альдегид превращается в карбоновую кислоту (ΔG ° '= - 50 кДж / моль (-12 ккал / моль)), а NAD + представляет собой одновременно снижается эндергонически до НАДН.
Энергия, выделяемая этой высоко экзергонической реакцией окисления, запускает эндергонную вторую реакцию (ΔG ° '= + 50 кДж / моль (+ 12 ккал / моль)), в котором молекула неорганического фосфата переносится на промежуточное соединение GAP с образованием продукта с высоким потенциалом переноса фосфорила: 1,3-бисфосфоглицерат (1, 3-БПГ).
Это пример фосфорилирования, связанного с окислением, и общая реакция является несколько эндергонической (ΔG ° '= + 6,3 кДж / моль (+1,5)). Энергетическая связь здесь стала возможной благодаря GAPDH.
GAPDH использует ковалентный катализ и общий щелочной катализ для уменьшения очень большой энергии активации второй стадии (фосфорилирования) этой реакции.
Во-первых, остаток цистеина в активном центре GAPDH атакует карбонильную группу GAP, создавая гемитиоацеталь промежуточное соединение ( ковалентный катализ).
Гемитиоацеталь депротонируется остатком гистидина в активном центре фермента (общий щелочной катализ). Депротонирование способствует реформированию карбонильной группы в последующем промежуточном тиоэфирном соединении и выбросу иона гидрида.
Затем соседняя, прочно связанная молекула NAD принимает ион гидрида, образуя НАДН, в то время как гемитиоацеталь окисляется до тиоэфира.
. Эта разновидность тиоэфира имеет гораздо более высокую энергию (менее стабильна), чем разновидность карбоновой кислоты, что могло бы привести к если бы GAP был окислен в отсутствие GAPDH (разновидности карбоновой кислоты имеют настолько низкую энергию, что энергетический барьер для второй стадии реакции (фосфорилирование) будет слишком высоким, и, следовательно, реакция будет слишком медленной и неблагоприятной для живой организм).
НАДН покидает активный центр и заменяется другой молекулой НАД, положительный заряд которой стабилизирует отрицательно заряженный карбонильный кислород в переходном состоянии следующей и последней стадии.. Наконец, молекула неорганического фосфата атакует тиоэфир и образует тетраэдрический промежуточный продукт, который затем разрушается, высвобождая 1,3-бисфосфоглицерат и тиольную группу остатка цистеина фермента.
Этот белок может использовать морфеин модель аллостерической регуляции.
As его название указывает на то, что глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (GAPDH) катализирует превращение глицеральдегид-3-фосфата в D-глицерат 1,3-бисфосфат. Это шестой шаг в гликолитическом распаде глюкозы, важном пути снабжения энергией и молекулами углерода, который происходит в цитозоле эукариотических клеток. Преобразование происходит в два связанных этапа. Первый благоприятен и допускает второй неблагоприятный шаг.
GAPDH может сам активировать транскрипцию. Комплекс транскрипционного коактиватора OCA-S содержит GAPDH и лактатдегидрогеназу, два белка, которые ранее считались вовлеченными только в метаболизм. GAPDH перемещается между цитозолем и ядром и, таким образом, может связывать метаболическое состояние с транскрипцией гена.
В 2005 году Hara et al. показали, что GAPDH инициирует апоптоз. Это не третья функция, но ее можно рассматривать как активность, опосредованную связыванием GAPDH с ДНК, как при активации транскрипции, обсуждаемой выше. Исследование продемонстрировало, что GAPDH S-нитрозилирован NO в ответ на клеточный стресс, который заставляет его связываться с белком SIAH1, убиквитинлигазой. Комплекс перемещается в ядро, где Siah1 нацелен на ядерные белки для деградации, тем самым инициируя контролируемое отключение клеток. В последующем исследовании группа продемонстрировала, что депренил, который использовался клинически для лечения болезни Паркинсона, сильно снижает апоптотическое действие GAPDH, предотвращая его S-нитрозилирование, и, таким образом, может использоваться в качестве
GAPDH действует как обратимый метаболический переключатель при окислительном стрессе. Когда клетки подвергаются воздействию оксидантов, они нуждаются в чрезмерном количестве кофактора антиоксиданта НАДФН. В цитозоле НАДФН восстанавливается из НАДФ + несколькими ферментами, три из которых катализируют первые шаги пентозофосфатного пути. Обработка оксидантами вызывает инактивацию GAPDH. Эта инактивация временно перенаправляет метаболический поток с гликолиза на пентозофосфатный путь, позволяя клетке вырабатывать больше НАДФН. В стрессовых условиях НАДФН необходим некоторым антиоксидантным системам, включая глутаредоксин и тиоредоксин, а также он необходим для рециркуляции глутатиона.
GAPDH также, по-видимому, участвует в транспорте везикул из эндоплазматического ретикулума (ER) в аппарат Гольджи, который является частью маршрута доставки для секретируемые белки. Было обнаружено, что GAPDH рекрутируется rab2 в везикулярно-канальцевые кластеры ER, где он помогает формировать везикулы COP 1. GAPDH активируется посредством тирозина фосфорилирования с помощью Src.
GAPDH, как и многие другие ферменты, выполняет несколько функций. Помимо катализа 6-й стадии гликолиза, недавние данные указывают на участие GAPDH в других клеточных процессах. Было описано, что GAPDH проявляет многофункциональность более высокого порядка в контексте поддержания клеточного гомеостаза железа, в частности, как шаперонный белок для лабильного гема внутри клеток. Это стало сюрпризом для исследователей, но с эволюционной точки зрения имеет смысл повторно использовать и адаптировать существующие белки вместо того, чтобы создавать новый белок с нуля.
Поскольку ген GAPDH часто стабильно и постоянно экспрессируется на высоком уровне в большинстве тканей и клеток, он считается геном домашнего хозяйства. По этой причине GAPDH обычно используется биологическими исследователями в качестве контроля загрузки для вестерн-блоттинга и в качестве контроля для qPCR. Однако исследователи сообщили о различном регулировании GAPDH при определенных условиях. Например, было показано, что фактор транскрипции MZF-1 регулирует ген GAPDH. Гипоксия также сильно активирует GAPDH. Следовательно, использование GAPDH для контроля загрузки следует тщательно продумать.
Все стадии гликолиза происходят в цитозоле, как и реакция, катализируемая GAPDH. В красных кровяных тельцах GAPDH и несколько других гликолитических ферментов собираются в комплексы внутри клеточной мембраны. По-видимому, этот процесс регулируется фосфорилированием и оксигенацией. Ожидается, что близкое расположение нескольких гликолитических ферментов значительно увеличит общую скорость распада глюкозы. Недавние исследования также показали, что GAPDH экспрессируется железозависимым образом на внешней стороне клеточной мембраны, где он играет роль в поддержании гомеостаза клеточного железа.
GAPDH сверхэкспрессируется при множественных раковых заболеваниях человека, таких как кожная меланома, и его экспрессия положительно коррелирует с прогрессированием опухоли. Его гликолитические и антиапоптотические функции способствуют пролиферации и защите опухолевых клеток, способствуя онкогенезу. Примечательно, что GAPDH защищает от укорочения теломер, вызванного химиотерапевтическими лекарственными средствами, которые стимулируют сфинголипид церамид. Между тем, такие состояния, как окислительный стресс, нарушают функцию GAPDH, что приводит к старению и гибели клеток. Более того, истощение GAPDH смогло вызвать старение в опухолевых клетках, тем самым представив новую терапевтическую стратегию для контроля роста опухоли.
GAPDH участвует в нескольких нейродегенеративные заболевания и расстройства, в основном за счет взаимодействия с другими белками, специфичными для этого заболевания или расстройства. Эти взаимодействия могут влиять не только на энергетический метаболизм, но и на другие функции GAPDH. Например, взаимодействия GAPDH с белком-предшественником бета-амилоида (betaAPP) могут мешать его функции в отношении цитоскелета или мембранного транспорта, в то время как взаимодействия с хантингтином могут мешать с его функцией в отношении апоптоза, ядерного тРНК транспорта, репликации ДНК и репарации ДНК. Кроме того, сообщалось о ядерной транслокации GAPDH при болезни Паркинсона (PD), и некоторые антиапоптотические лекарственные средства для PD, такие как разагилин, действуют, предотвращая ядерную транслокацию GAPDH. Предполагается, что гипометаболизм может быть одним из факторов развития БП, но точные механизмы, лежащие в основе участия GAPDH в нейродегенеративном заболевании, еще предстоит выяснить. SNP rs3741916 в 5' UTR гена GAPDH может быть связан с поздним началом болезни Альцгеймера.
GAPDH участвует в ряде биологических функций посредством своих белок-белковых взаимодействий с:
GAPDH связывается с одноцепочечной РНК и ДНК, и был идентифицирован ряд партнеров по связыванию нуклеиновых кислот:
Щелкните по генам, белки и метаболиты ниже для ссылок на соответствующие статьи.
[[File:
[[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]] | {{bSize}}} px | alt = Гликолиз и глюконеогенез редактировать ]] Гликолиз и глюконеогенез редактировать 
