Войти
| мио- инозитолоксигеназа | |
|---|---|
 Структура мономера мышиной мио-инозитолоксигеназы, полученного из 2HUO, окрашена элементом вторичной структуры. | |
| Идентификаторы | |
| Символ | MIOX |
| Альт. символы | ALDRL6 |
| ген NCBI | 55586 |
| HGNC | 14522 |
| OMIM | 606774 |
| PDB | 2IBN |
| RefSeq | NM_017584 |
| UniProt | Q9UGB7 |
| Прочие данные | |
| Locus | Chr. 22 q |
Инозитолоксигеназа, также обычно называемая мио-инозитолоксигеназой (MIOX), представляет собой не гем ди- железо фермент который окисляет мио-инозит до глюкуроновой кислоты. Фермент использует уникальный четырехэлектронный перенос в его координационных центрах Fe (II) / Fe (III), и реакция протекает через прямое связывание myo -инозита с последующей атакой центр железа двухатомным кислородом. Этот фермент является частью единственного известного пути катаболизма инозита у человека и экспрессируется в основном в почках. Недавние медицинские исследования MIOX были сосредоточены на понимании его роли в метаболических заболеваниях и заболеваниях почек, таких как диабет, ожирение и острое повреждение почек. Промышленно-ориентированные инженерные усилия сосредоточены на улучшении активности MIOX с целью производства глюкаровой кислоты в гетерологичных хозяевах.
Активный сайт мышиного фермента MIOX, выделяющий активный сайт дихелеза вместе с координированными аминокислотами. Атом Fe связывается с атомами кислорода С1 и С6 мио-инозита. Lys 127 способствует отщеплению атома водорода от углерода C1. Мио-инозитолоксигеназа представляет собой мономерный белок 33 кДа как в растворе, так и в кристалле. Этот фермент имеет пару атомов Fe (II) / Fe (III) в каталитическом активном центре, что обеспечивает его уникальный четырехэлектронный механизм переноса. Недавние исследования кристаллизации прояснили структуры мышиного MIOX в 2006 году, а затем человеческого MIOX в 2008 году.
Общая структура мышиного MIOX в основном спиральная с пятью альфа-спиралями, образующими ядро белка. Как и другие ди-железооксигеназы, координационные центры железа расположены глубоко внутри белка, предположительно для защиты клетки от образующихся промежуточных продуктов супероксидных и радикальных реакций. Два центра железа координируются различными аминокислотами и молекулами воды, как показано, в комплексе с субстратом мио-инозитола. Структура MIOX человека близко накладывается на структуру MIOX мыши, разделяя 86% идентичности последовательностей по сравнению со структурным выравниванием, но с некоторыми различиями в остатках, окружающих активный сайт. Человеческий фермент характеризуется восемью альфа-спиралями и небольшим антипараллельным двухцепочечным бета-листом.
, в котором складка белка MIOX отличается от укладки других негемовых ди-железооксигеназ, включая рибонуклеотидредуктаза и растворимая метанмонооксигеназа. Напротив, MIOX очень похож на белки суперсемейства HD-домен на основании его высококонсервативной стратегии связывания металлов и присутствия четырех лигандов His на железном центре.
MIOX может принимать D- мио- инозито 1, а также менее распространенный хиро изомер инозит в качестве субстратов. Серия экспериментов по кристаллизации, спектроскопии и теории функционала плотности позволила выявить предполагаемый механизм (показан справа) окисления мио- инозита. ENDOR была использована спектроскопия для определения того, что субстрат напрямую связывается с дихелезным центром Fe (II) / Fe (III) MIOX, скорее всего, через атом O1 myo- инозита. В мышином MIOX этот процесс связывания, как было показано, зависел от проксимальных аминокислотных остатков, поскольку мутанты аланина D85A и K127A были неспособны обменивать субстрат. Эта стадия связывания помещает мио-инозитол перед каталитическими стадиями, которые включают атаку центра железа двухатомным кислородом с последующим отрывом атома водорода мио-инозита.
Супероксид Fe (III) / Fe (III) образуется, когда двухатомный кислород замещает воду в качестве координирующего лиганда на одном из атомов Fe. Затем атом водорода из C1 в myo- инозитол отделяется с образованием радикала, который может быть атакован кислородным радикалом. Высвобождение D- глюкуроновой кислоты достигается на четвертой стадии.
Мио -инозит может поступать из фруктов и овощей и активно переноситься в клетки или вместо этого напрямую синтезироваться из глюкозы. В почках MIOX превращает мио-инозитол в глюкуроновую кислоту, которая затем может вступать в путь глюкуронат-ксилулозы для преобразования в ксилулозо-5-фосфат. Затем этот продукт может легко попасть в пентозофосфатный путь. Следовательно, MIOX обеспечивает превращение и катаболизм инозита с образованием НАДФН и других пентозных сахаров.
Мио-инозитол является компонентом инозитолфосфатов и фосфоинозитидов, которые служат вторичными посредниками во многих клеточных процессах, включая действие инсулина. Из-за его исключительной экспрессии в почках, исследования были сосредоточены на понимании потенциальной роли как уровней мио-инозита, так и активности MIOX в отношении метаболических заболеваний, таких как сахарный диабет и ожирение. Истощение MIOX и накопление полиолов, таких как инозитол и ксилит, были названы факторами, способствующими осложнениям, связанным с диабетом. Кроме того, недавнее исследование показало, что MIOX активируется при диабете, а его транскрипция сильно регулируется осмолярностью, уровнями глюкозы и окислительным стрессом. Эта повышающая регуляция связана с образованием реактивных окислительных форм, которые приводят к интерстициальному повреждению почки.
Также представляет интерес оценка экспрессии MIOX как потенциального биомаркера острой почки. травма. Было показано, что экспрессия MIOX повышается в сыворотке крови животных и плазме пациентов в критическом состоянии в течение 24 часов после острого повреждения почек. Иммуноанализ экспрессии MIOX может потенциально предсказать эти опасные для жизни повреждения раньше, чем текущая диагностика - обнаружение плазменного креатина.
Фермент MIOX был объектом интенсивного метаболизма разработка усилий по производству глюкариновой кислоты посредством биосинтетических путей. В 2004 году Министерство энергетики США выпустило список химикатов с наибольшей добавленной стоимостью, получаемых из биомассы, включая глюкариновую кислоту - прямой продукт окисления глюкуроновой кислоты. Первое биосинтетическое производство глюкариновой кислоты было достигнуто в 2009 году с использованием фермента уронатдегидрогеназа (UDH). С тех пор фермент MIOX был разработан для улучшения продукции глюкариновой кислоты с помощью многочисленных стратегий, включая добавление N-концевой SUMO-метки, направленную эволюцию, а также использование модульных синтетических каркасов для увеличения его эффективной локальной концентрации.
Превращение мио-инозита в глюкариновую кислоту - химическое вещество с максимальной добавленной стоимостью из биомассы - может быть достигнуто с помощью комбинации MIOX и UDH, обеспечивающей гетерологичное производство глюкаровой кислоты. 