triosefosfatisomerase

Triosefosfatisomerase er et enzym som deltar i nedbrytningen av sukkerlagringsmolekylet glykogen (glykolysen). Enzymet bidrar i det femte trinnet i glykolysen og katalyserer likevekten (se kjemisk likevekt) mellom sukkermolekylene ketose og aldose.

I tillegg til sin funksjon under glykolysen er triosefosfatisomerase innblandet i flere metabolske prosesser, deriblant pentosefosfatsyklus, glukoneogenese, fettsyntese, og Calvinsyklusen, som er en del av fotosyntesen.

Triosefosfatisomerasemangel er en sjelden medfødt sykdom som kan gi forstyrrelser i flere av kroppens systemer. Mangeltilstanden kan blant annet medføre symptomer der de røde blodcellene går i stykker (hemolytisk anemi) og forstyrrelser i nervesystemet.

Mangel på triosefosfatisomerase

I menneskets genom er det ett gen som koder for triosefosfatisomerase, TPI1. En mutasjon i TPI1-genet kan føre til manglende produksjon av triosefosfatisomeraseenzymet. Triosefosfatisomerasemangel er en ikke-kjønnsbundet tilstand som påvirker hele kroppen. Mangelen kan blant annet gi hemolytisk anemi, forstyrrelser i nervesystemet, økt følsomhet for infeksjon og forandring i hjertemuskelen (kardiomyopati).

Ved mangel på triosefosfatisomerase vil det hope seg opp med dihydroksyacetonfosfat i røde blodceller. Symptomer på triosefosfatisomerase-mangel vises som regel innen barnet er syv måneder gammel. Sykdommen er dødelig, og har i nesten alle tilfeller resultert i død før fylte 5 år. Det finnes ingen effektiv behandling for triosefosfatisomerasemangel.

Enzymstruktur

Triosefosfatisomerase består av to proteinkjeder (monomerer) bundet sammen til en dimer (se proteinenes form). Begge monomerene inneholder en karakteristisk struktur som kalles en TIM-tønne. TIM-tønnen er kjent for å være den strukturelle enheten til mer en hundre ulike enzymer. Strukturen ble identifisert i triosefosfatisomerase i 1975.

Enzymets aktive sete består av fire aminosyrer som fremmer katalysen: asparagin, lysin, glutaminsyre (også kalt glutamat) og histidin.

Hver monomer har en sekvenslengde på 247 aminosyrer. Pilene farget i gul illustrerer åtte parallelle β-tråder i hver monomer. α-heliksene i hver monomer er farget med turkis og rød. Det vises også en «skygge» av proteinets globulære overflate. PDB ID: 1NEY

Dimer strukturen til triosefosfatisomerase fra Saccharomyces cerevisiae.
Lisens: CC BY SA 3.0

Katalytisk aktivitet

Dihydroksyacetonfosfat (DHAP) er bundet med hydrogenbindinger (rød stiplet linje) til det aktive setet. Dihydroksyacetonfosfat interagerer med histidin (His), glutaminsyre (Glu), asparagin (Asn) og lysin (Lys). PDB ID: 1NEY

Det aktive setet til triosefosfatisomerase.
Lisens: CC BY SA 3.0

Triosefosfatisomerase deltar i glykolysen ved å katalysere likevekten mellom substratet dihydroksyacetonfosfat (ketose) og produktet glyseraldehyd-3-fosfat (et aldose, også kalt 3-fosfoglyseraldehyde), en isomeriseringsreaksjon. I isomeriseringsreaksjonen overføres protoner mellom substratet (glyseraldehyd-3-fosfat eller dihydroksyacetonfosfat) og enzymet.

TIM-tønnen har en fleksibel struktur som bidrar til rett posisjonering av de katalytiske aminosyrene og stabilisering av fosfatgruppen på substratet. Fleksibiliteten til enzymet forhindrer også at det oppstår en uønsket eliminasjonsreaksjon der det giftige produktet metylglykosal dannes.

Reaksjonsmekanisme

Den allment aksepterte mekanismen ble første gang foreslått i 1977, og refereres til som den klassiske mekanismen. Den klassiske mekanismen beskriver flere trinn som følger etter hverandre. Under den klassiske mekanismen deltar glutaminsyre og histidin i flere protonoverføringer med oksygenet på substratet. Fullførelsen av reaksjonen skjer ved protonering av karbon 1 eller karbon 2, avhengig av reaksjonsvei. Glyseraldehyd-3-fosfat eller dihydroksyactaetonfosfat frigjøres fra enzymets aktive sete, og enzymet gjenopptar sin opprinnelige form (se native proteiner).

A) Fleksibiliteten til triosefosfatisomerase forflytter basisk glutaminsyre (Glu) nærmere dihydroksyacetonfosfat. Forflyttingen fører til deprotonering av dihydroksyacetonfosfat der Glu plukker opp et proton fra karbon 1. Det dannes et cis-enediolat intermediatet med et negativt ladd oksianion (oksygen anion). B) Ladningen stabiliseres av oksyanion hullet (termologi for en del av enzymets aktive sete som stabiliserer oksygen anioner i overgangsfaser) bestående av lysin (Lys), asparagin (Asn) og histidin (His). C) Oksygenet på karbon 2 på enediolat intermediatet protoneres av histidin. D. Negativt ladd histidin plukker videre opp protonet fra oksygenet på karbon 1. D) Fullførelse av reaksjonene skjer ved protonoverføring mellom glutaminsyre og karbon 2. Glyseraldehyd-3-fosfat dannes som produkt.

Reaksjonsmekanismen til triosefosfatisomerase med dihydroksyacetonfosfat som substrat, klassisk mekanisme.
Lisens: CC BY SA 3.0

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg