Izomeraza triozofosforanowa

Izomeraza triozofosforanowa, TIM (EC 5.3.1.1) – enzym katalizujący odwracalną reakcję przekształcenia fosfodihydroksyacetonu w D-aldehyd 3-fosfoglicerynowy.

Struktura monomeru izomerazy triozofosforanowej

Reakcja

W wyniku przekształcenia fosfodihydroksyacetonu powstaje aldehyd 3-fosfoglicerynowy, który jest wykorzystywany w kolejnym etapie przemiany glukozy w pirogronian (zob. schemat szlaku metabolicznego). Reakcja polega na przeniesieniu atomu wodoru z C-1 na C-2.

Funkcja

Izomeraza triozofosforanowa odgrywa ważną rolę w procesie glikolizy jest niezbędna do wytwarzania energii w komórce. Enzym ten znajduje się w niemal każdym organizmie, wliczając w to zwierzęta takie jak ssaki czy też owady, jak również grzyby, rośliny oraz bakterie. Jednakże istnieją pewne bakterie, które nie przeprowadzają procesu glikolizy, np. bakterie z rodzaju Ureaplasma, u których enzym ten jest nieobecny.

Izomeraza triozofosforanowa jest wysoce skutecznym i wydajnym enzymem. Jego obecność powoduje, że reakcja izomeryzacji fosfodihydroksyacetonu w aldehyd 3-fosfoglicerynowy przebiega około miliarda razy szybciej. Reakcja przeprowadzana przez izomerazę triozofosforanową jest tak wydajna, że uznano ten enzym za katalitycznie perfekcyjny: szybkość reakcji jest ograniczana tylko przez prędkość dyfuzji substratu do miejsca aktywnego.

Mechanizm

W reakcji izomeryzacji uczestniczą dwie reszty katalityczne izomerazy triozofosforanowej – Glu165 oraz His95. Reakcja transformacji polega na przekazywaniu protonu – glutaminian pełni rolę zasady (atak nukleofilowy), a histydyna pełni rolę kwasu – jest donorem protonu (zob. Teoria kwasów i zasad Brønsteda i Lewisa). Produkt pośredni – endiol (zob. diole) – jest zatrzymywany w centrum aktywnym i nie ulega rozpadowi na metyloglioksal i ortofosforan.

Struktura

Izomeraza triozofosforanowa jest homodimerem, tzn. jest złożona z dwóch identycznych podjednostek, z których każda zbudowana jest z około 250 reszt aminokwasowych (zob. wiązanie peptydowe i końce łańcucha (N i C) – przykład polipeptydu Val-Gly-Ser-Ala). Struktura trzeciorzędowa podjednostki zawiera 8 alfa-helis na zewnątrz enzymu i 8 harmonijek beta, które tworzą „beczułkę” wewnątrz enzymu. Na ilustracji poniżej zaznaczono kolorami poszczególne końce łańcuchów polipeptydowych – aminowy koniec N (niebieski) i karboksylowy koniec C (czerwony)^[a]. Miejsce aktywne tego enzymu tworzą reszty kwasu glutaminowego jak również histydyny. Centrum to znajduje się wewnątrz baryłki. Sekwencja aminokwasów wokół miejsca aktywnego jest silnie zakonserwowana (stabilna) we wszystkich znanych izomerazach triozofosforanowych.

Dimer izomerazy triozofosforanowej

„Beczułka” monomeru TIM (koniec N – niebieski, koniec C – czerwony)

Uwagi

↑ Linki zewnętrzne:
– David P. Leader, E. James Milner-White, The structure of the ends of α-helices in globular proteins: Effect of additional hydrogen bonds and implications for helix formation, w: Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics Volume 79, Issue 3, pages 1010–1019, March 2011
– Gregg W. Snider, Triose Phosphate Isomerase, Multimedia in Biochemistry and Molecular Biology Education, Vol. 39, No. 6, pp. 464, 2011; Proteopedia Entry

Mutacje

U ludzi, deficyt izomerazy triozofosforanowej jest związany z postępującymi, ciężkimi schorzeniami neurologicznymi, które w większości przypadków prowadzą do śmierci, nawet we wczesnym dzieciństwie.

Zobacz też

Glikoliza – etap przekształcania fosfodihydroksyacetonu w aldehyd 3-fosfoglicerynowy

[1] Linki zewnętrzne:
– David P. Leader, E. James Milner-White, The structure of the ends of α-helices in globular proteins: Effect of additional hydrogen bonds and implications for helix formation, w: Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics Volume 79, Issue 3, pages 1010–1019, March 2011
– Gregg W. Snider, Triose Phosphate Isomerase, Multimedia in Biochemistry and Molecular Biology Education, Vol. 39, No. 6, pp. 464, 2011; Proteopedia Entry

[a]