Войти
| Липоксигеназа | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Структура 15S-липоксигеназы ретикулоцитов кролика. | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Липоксигеназа | ||||||||
| Pfam | PF00305 | ||||||||
| InterPro | IPR013819 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00077 | ||||||||
| SCOPe | 2sbl / SUPFAM | ||||||||
| суперсемейство OPM | 80 | ||||||||
| OPM белок | 2p0m | ||||||||
| |||||||||
Липоксигеназы (EC 1.13.11.- ) представляют собой семейство (не гема ) железа -содержащие ферменты, большинство из которых катализируют диоксигенацию полиненасыщенных жирных кислот в липидах содержащие цис, цис-1,4- пентадиен в клеточные сигнальные агенты, которые выполняют различные роли в качестве аутокринных сигналов, которые регулируют функцию их родительских клеток, паракринные сигналы, которые регулируют функцию соседних клеток, и эндокринные сигналы, регулирующие функцию удаленных клеток.
Липоксигеназы связаны друг с другом на основании их сходной генетической структуры и активности диоксигенации. Однако одна липоксигеназа, ALOXE3, имея генетическую структуру липоксигеназы, обладает относительно низкой активностью диоксигенации; скорее, его основная активность проявляется в виде изомеразы, которая катализирует превращение гидропероксиненасыщенных жирных кислот в их 1,5- эпоксидные, гидроксильные производные.
Липоксигеназы обнаружены у эукариот (растений, грибов, животных, простейших); в то время как третий домен земной жизни, архей, обладает белками с небольшим (~ 20%) сходством аминокислотной последовательности с липоксигеназами, эти белки не имеют железосвязывающих остатков и, следовательно, не обладают липоксигеназной активностью..
Основываясь на подробном анализе 15-липоксигеназы 1 и стабилизированной 5-липоксигеназы, структуры липоксигеназы состоят из 15 килодальтон. N-концевой бета-бочкообразный домен, небольшой (например, ~ 0,6 килодальтон) линкерный междомен (см. белковый домен # Домены и гибкость белка ) и относительно большой C -концевой каталитический домен, который содержит негемовое железо, критическое для каталитической активности ферментов. Большинство липоксигеназ (исключение, ALOXE3) катализируют реакцию Полиненасыщенная жирная кислота + O 2 → жирная кислота гидропероксид в четыре этапа:
(-OO) затем остаток может быть протонирован с образованием гидропероксидной группы (-OOH) и далее метаболизирован липоксигеназой, например, до лейкотриены, гепоксилины и различные специализированные про-разрешающие медиаторы или восстановленные повсеместно клеточными глутатионами пероксидазами до гидроксигруппы, тем самым образуя гидроксилированные (-ОН) полиненасыщенные жирные кислоты, такие как гидроксиэйкозатетраеновые кислоты и HODEs (т.е. гидроксиоктадекаеновые кислоты).
Полиненасыщенные жирные кислоты, которые служат субстратами для одной или нескольких из липоксигеназы включают омега-6 жирные кислоты, арахидоновую кислоту, линолевую кислоту, дигомо-γ-линоленовую кислоту и адреновая кислота ; омега-3 жирные кислоты, эйкозапентаеновая кислота, докозагексаеновая кислота и альфа-линоленовая кислота ; и омега-9 жирная кислота, медовая кислота. Некоторые типы липоксигеназ, например 15-липоксигеназа 1, 12-липоксигеназа B и ALOXE3 человека и мыши способны метаболизировать субстраты жирных кислот, которые являются составными частями фосфолипидов, сложных эфиров холестерина или сложных липидов кожи. Большинство липоксигеназ катализируют образование первоначально образовавшихся гидропероксипродуктов, которые имеют S хиральность. Исключения из этого правила включают 12R-липоксигеназы человека и других млекопитающих (см. Ниже).
Липоксигеназы зависят от доступности их субстратов полиненасыщенных жирных кислот, которые, особенно в клетках млекопитающих, обычно поддерживаются на чрезвычайно низких уровнях. В общем, различные фосфолипазы A2s и диацилглицеринлипазы активируются во время клеточной стимуляции, продолжают высвобождать эти жирные кислоты из мест их хранения и, таким образом, являются ключевыми регуляторами образования липоксигеназозависимых метаболитов. Кроме того, при такой активации клетки могут передавать свои высвобожденные полиненасыщенные жирные кислоты соседним или соседним клеткам, которые затем метаболизируют их посредством липоксигеназных путей в процессе, называемом трансклеточным метаболизмом или трансцеллюлярным биосинтезом.
Эти ферменты наиболее распространены в растениях, где они могут быть задействованы во многих различных аспектах физиологии растений, включая рост и развитие, устойчивость к вредителям и старение или реакцию на ранение. У млекопитающих ряд липоксигеназ изоферментов участвует в метаболизме эйкозаноидов (таких как простагландины, лейкотриены и неклассические эйкозаноиды. ). Данные о последовательностях доступны для следующих липоксигеназ:
Растения экспрессируют различные цитозольные липоксигеназы (EC 1.13.11.12 InterPro : IPR001246 ), а также то, что кажется изоферментом хлоропласта. Растительная липоксигеназа в сочетании с гидропероксидлиазой ответственна за многие ароматизаторы и другие сигнальные соединения. Одним из примеров является цис-3-гексенал, запах свежескошенной травы.
Иллюстративная трансформация с участием гидропероксидлиазы. Здесь цис-3-гексеналь образуется из линоленовой кислоты в гидропероксид под действием липоксигеназы, за которой следует лиаза. За исключением 5-LOX гена, расположенного на хромосоме 10q11.2, все шесть генов LOX человека расположены на хромосоме 17.p13 и кодируют одноцепочечный белок размером 75–81 килодальтон, состоящий из 662–711 аминокислот. Гены LOX млекопитающих содержат 14 (ALOX5, ALOX12, ALOX15, ALOX15B) или 15 (ALOX12B, ALOXE3) экзонов с границами экзона / интрона в высококонсервативном положении. Шесть липоксигеназ человека вместе с некоторыми из основных продуктов, которые они производят, а также некоторые их связи с генетическими заболеваниями, следующие:
Две липоксигеназы могут действовать последовательно с образованием дигидрокси- или три-гидрокси-продуктов, которые имеют активности, совершенно отличные от продуктов любых липоксиеназ.Этот последовательный метаболизм может происходить в разных типах клеток, которые экспрессируют только одну из двух липоксигеназ в процессе, называемом трансцеллюлярным метаболизмом. Например, ALOX5 и ALOX15 или, альтернативно, ALOX5 и ALOX12 могут действовать последовательно, чтобы метаболизирует арахидоновую кислоту в липоксины (см. 15-гидроксикозатетраеновая кислота # Дальнейший метаболизм 15 (S) -HpETE, 15 (S) -HETE, 15 (R) -HpETE, 15 (R) - HETE и 15-оксо-ETE и липоксин # Biosynthesis ), в то время как ALOX15 и, возможно, ALOX15B могут действовать вместе с ALOX5, метаболизируя эйкозапентаеновую кислоту с целью резолвина D (см. резольвин #Production ).
Мышь - обычная модель для исследования губ функция оксигеназы. Однако есть некоторые ключевые различия между липоксигеназами у мышей и людей, которые затрудняют экстраполяцию исследований на мышах на людей. В отличие от 6 функциональных липоксигеназ у человека, мыши имеют 7 функциональных липоксигеназ, и некоторые из последних обладают метаболической активностью, отличной от их человеческих ортологов. В частности, мышиный Alox15, в отличие от человеческого ALOX15, метаболизирует арахидоновую кислоту в основном до 12-HpETE, а мышиный Alox15b, в отличие от человеческого ALOX15b, в первую очередь является 8-липоксигеназой, метаболизирующей арахдионовую кислоту до 8-HpETE; у человека не существует сопоставимой 8-HpETE-образующей липоксигеназы.
Кроличья 15-липоксигеназа (синий) с ингибитором (желтый), связанным в активном центре Известно несколько структур липоксигеназы, включая : липоксигеназа L1 и L3 сои, 8-липоксигеназа кораллов, 5-липоксигеназа человека, 15-липоксигеназа кролика и каталитический домен 12-липоксигеназы лейкоцитов свиньи. Белок состоит из небольшого N-концевого домена PLAT и основного C-концевого каталитического домена (см. Ссылку Pfam в этой статье), который содержит активный сайт. Как в ферментах растений, так и в ферментах млекопитающих N-концевой домен содержит восьмицепочечный антипараллельный β-ствол, но в липоксигеназах сои этот домен значительно больше, чем в ферменте кролика. Липоксигеназы растений могут ферментативно расщепляться на два фрагмента, которые остаются прочно связанными, пока фермент остается активным; разделение двух доменов приводит к потере каталитической активности. С-концевой (каталитический) домен состоит из 18-22 спиралей и одного (у фермента кролика) или двух (у ферментов сои) антипараллельных β-листов на противоположном конце от N-концевого β-цилиндра.
Атом железа в липоксигеназах связан с четырьмя лигандами, три из которых являются остатками гистидина. Шесть гистидинов консервативны во всех последовательностях липоксигеназы, пять из них находятся в кластере из 40 аминокислот. Эта область содержит два из трех цинк-лигандов; другие гистидины, как было показано, важны для активности липоксигеназ.
Две длинные центральные спирали пересекаются в активном участке; обе спирали включают внутренние участки π-спирали, которые обеспечивают три лиганда гистидина (His) для железа активного сайта. Две полости в основном домене липоксигеназы-1 сои (полости I и II) простираются от поверхности к активному центру. Воронкообразная полость I может функционировать как канал для кислорода; длинная узкая полость II предположительно является карманом для подложки. Более компактный фермент млекопитающих содержит только одну полость в форме ботинка (полость II). В липоксигеназе-3 соевых бобов есть третья полость, которая проходит от участка железа до поверхности раздела β-цилиндрического и каталитического доменов. Полость III, участок железа и полость II образуют непрерывный проход через молекулу белка.
Железо активного центра координируется N трех консервативных остатков His и одним кислородом C-концевой карбоксильной группы. Кроме того, в ферментах сои кислород боковой цепи в аспарагине слабо связан с железом. В липоксигеназе кролика этот остаток Asn заменен на His, который координирует железо через атом N. Таким образом, координационное число железа равно пяти или шести, с гидроксильным или водным лигандом к гексакоординированному железу.
Подробности об особенностях активного центра липоксигеназы были обнаружены в структуре комплекса каталитических доменов 12-липоксигеназы лейкоцитов свиней. В трехмерной структуре ингибитор аналог субстрата занимал U-образный канал, открытый рядом с сайтом железа. Этот канал может принимать арахидоновую кислоту без особых вычислений, определяя детали связывания субстрата для липоксигеназной реакции. Кроме того, вероятный канал доступа, который перехватывает канал связывания субстрата и распространяется до поверхности белка, можно считать для кислородного пути.
| EC 1.13.11.12 | липоксигеназа | (линолеат: кислород-13-оксидоредуктаза) | линолеат + O 2 = ( 9Z, 11E, 13S) -13-гидропероксиоктадека-9,11-диеноат |
| EC 1.13.11.31 | арахидонат-12-липоксигеназа | (арахидонат: кислород-12-оксидоредуктаза) | арахидонат + O 2 = (5Z, 8Z, 10E, 12S, 14Z) -12-гидропероксиикоса-5,8,10,14-тетраеноат |
| EC 1.13.11.33 | арахидонат-15-липоксигеназа | (арахидонат : кислород 15-оксидоредуктаза) | арахидонат + O 2 = (5Z, 8Z, 11Z, 13E, 15S) -15-гидропероксиикоса-5,8,11,13-тетраеноат |
| EC 1.13.11.34 | арахидонат-5-липоксигеназа | (арахидонат: кислород-5-оксидоредуктаза) | арахидонат + O 2 = лейкотриен A 4 + H 2 |
| EC 1.13.11.40 | арахидонат-8-липоксигеназа | (арахидонат: кислород-8-оксидоредуктаза) | арахидонат + O 2 = (5Z, 8R, 9E, 11Z, 14Z) -8-гидропероксиикоса-5,9,11,14-тетраеноат |
Липоксигеназа 1 сои проявляет наибольший кинетический изотопный эффект H / D (KIE) на kcat (kH / kD) (81 близкая к комнатной температуре) на данный момент сообщалось для биологической системы. Недавно чрезвычайно повышенный KIE от 540 до 730 был обнаружен в двойной мутантной липоксигеназе 1 сои. Из-за большой величины KIE липоксигеназа 1 сои послужила прототипом для катализируемых ферментами реакций водородного туннелирования.
Белки человека, экспрессируемые из семейства липоксигеназ, включают ALOX12, ALOX12B, ALOX15, ALOX15B, ALOX5 и ALOXE3. Хотя люди также обладают геном ALOX12P2, который является ортологом хорошо экспрессируемого гена Alox12P у мышей, ген человека является псевдогеном ; следовательно, белок ALOX12P2 не обнаруживается у людей.
