| xylulos-5-fosfat | + | D -ribos-5-fosfat | ||
| D -glyceraldehyd-3-fosfat | + | sedoheptulos-7-fosfat |
Transketolaser är en grupp enzymer från pentosfosfatvägen och Calvincykeln . Det katalyserar två viktiga reaktioner som fungerar i motsatta riktningar i dessa två vägar.
Transketolaser överför en tvåkolsgrupp, inklusive det första och andra kolet i ketos , till aldehydkolet i aldosockret. Det sker en omvandling av ketossocker till en aldos som innehåller två färre kolatomer och en samtidig omvandling av aldosackariden till ketos som innehåller ytterligare två kolatomer.
Transketolaser katalyserar överföringen av en tvåkolsgrupp från xylulos-5-fosfat till ribos-5-fosfat för att bilda en sjukolsketos av sedoheptulos-7-fosfat och en aldos av glyceraldehyd-3-fosfat . I en annan reaktion tjänar xylulos-5-fosfat som den "aktiva glykoaldehyd"-givaren. Acceptorns roll utförs av erytros-4-fosfat . Produkterna av denna reaktion är fruktos-6-fosfat och glyceraldehyd-3-fosfat .
Hos däggdjur kopplar transketolaser pentosfosfatvägen till glykolys och omvandlar överskott av sockerfosfater till den huvudsakliga kolhydratmetaboliska vägen. Dess närvaro är nödvändig för produktionen av NADPH , särskilt i vävnader som är aktivt involverade i biosyntetiska processer såsom fettsyrasyntes i levern och bröstkörtlarna , och för steroidsyntesen i levern och binjurarna . De huvudsakliga kofaktorerna i denna process är tiamindifosfat och kalcium .
Transketolaser uttrycks rikligt i däggdjurshornhinnan av stromala keratocyter och epitelceller. De tros vara en av hornhinnans kristalliner [1] .
Transketolaser finns i en mängd olika organismer, inklusive bakterier , växter och däggdjur . Människor har också gener som kodar för proteiner med transketolasaktivitet:
Den aktiva platsen för detta enzym består huvudsakligen av arginin , histidin , serin och asparaginsyra sidogrupper , med glutamat som spelar en mindre roll. Dessa sidokedjor, nämligen Arg359, Arg528, His469 och Ser386, är konserverade inom varje transketolasenzym och interagerar med fosfatgruppen av donator- och acceptorsubstrat. Eftersom substratkanalen är så smal kan donator- och acceptorsubstrat inte binda samtidigt. Dessutom, när de binder till det aktiva stället, ändrar substraten sin konformation till en mer långsträckt för att passa denna smala kanal.
Även om transketolaser kan binda olika substrat, till exempel fosforylerade och icke-fosforylerade monosackarider , inklusive ketoser och fruktos , ribos , och så vidare, har de hög stereospecificitet med avseende på ketoser med transposition av hydroxylgrupper vid C-3 och C-4-atomer [2] . De stabiliserar också substratet i det aktiva stället med Asp477-, His30- och His263-rester. Brott mot denna konfiguration, placeringen av hydroxylgrupper eller deras stereokemi, leder till störningar av vätebindningar mellan aminosyrarester och substratet, vilket resulterar i en lägre affinitet för substratet.
Under den första halvan av denna väg används His263 för att effektivt klyva C3-hydroxylprotonen , vilket gör att 2-koldelen kan klyvas från fruktos-6-fosfatet [3] . Kofaktorn som behövs för detta steg är tiaminpyrofosfat . Bindningen av tiamin till enzymet leder inte till några större konformationsförändringar i enzymet; Tvärtom består enzymet av två flexibla slingor i det aktiva stället, som gör tiaminpyrofosfat tillgängligt för bindning [2] .
Den katalytiska mekanismen börjar med deprotonering av tiazolringen av tiaminpriofosfat. Den resulterande karbanjonen binder till karbonylgruppen i donatorsubstratet på ett sådant sätt att bindningen mellan C-2- och C-3-atomerna klyvs. Denna tvåkolsdel förblir kovalent bunden till C-2-kolet i tiaminpyrofosfatet. Därefter frigörs donatorsubstratet, och substratet går in i det aktiva stället med acceptorn, där fragmentet associerat med α-β-dihydroxietyltiaminpyrofosfat överförs till acceptorn [2] .
Experiment utfördes för att testa effekten av att ersätta alanin med aminosyrorna vid ingången till det aktiva stället, Arg359, Arg528 och His469, som interagerar med fosfatgruppen i substratet. Denna ersättning leder till bildandet av ett enzym med nedsatt katalytisk aktivitet [2] .
Transketolasaktiviteten minskar vid tiaminbrist, främst på grund av undernäring . Ett antal sjukdomar är förknippade med tiaminbrist, inklusive beriberi , biotin-tiamin-känslig basalgangliasjukdom [4] , Wernicke-Korsakoffs syndrom och andra.
Inga specifika mutationer har hittats förknippade med Wernicke-Korsakoffs syndrom [5] , men det finns en indikation på att tiaminbrist leder till utveckling av detta syndrom endast hos de vars transketolaser har minskad affinitet för tiamin [6] . sålunda hämmas aktiviteten av transketolas kraftigt, och som ett resultat hämmas hela pentosfosfatvägen [7] .
Transketolasaktiviteten hos erytrocyter minskar med brist på tiamin (vitamin B 1 ), som används för att diagnostisera Wernickes encefalopati och andra syndrom förknippade med brist på vitamin B 1 om det råder tvivel om diagnosen [8] . Förutom baslinjeenzymaktivitet (som kan vara normal även vid brist), kan en ökning av enzymaktivitet efter tillsats av tiaminpyrofosfat användas för att diagnostisera tiaminbrist (0-15 % normal, 15-25 % brist, >25 % allvarlig brist) [9] .