Ақуыз дисульфид изомеразасы: құрылымы, қасиеттері және қызметтері
Protein disulfide-isomerase
Протеин дисульфид изомераза (PDI) – фермент, катализирующий образование дисульфидных связей в белках, обеспечивая их правильную укладку. Важен для ER и бактерий.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ферменттер класы. Протеин дисульфид изомеразасы, немесе PDI – эукариоттардың эндоплазмалық торшасында (ER) және бактериялардың периплазмасында кездесетін, ақуыздардың бүліну кезінде цистеин қалдықтары арасындағы дисульфидтік байланыстардың түзілуін және үзілуін катализдейтін фермент. Бұл ақуыздарға толық бүлінген күйінде дисульфидтік байланыстардың дұрыс орналасуын жылдам табуға мүмкіндік береді, сондықтан фермент ақуыздың бүліну процесін катализдейді.
Class of enzymes
Protein disulfide isomerase , or PDI, is an enzyme in the endoplasmic reticulum (ER) in eukaryotes and the periplasm of bacteria that catalyzes the formation and breakage of disulfide bonds between cysteine residues within proteins as they fold. This allows proteins to quickly find the correct arrangement of disulfide bonds in their fully folded state, and therefore the enzyme acts to catalyze protein folding.
Құрылымы
Белсенді дисульфид изомеразаның тиоредоксинге ұқсас екі каталитикалық домені (активті орындары) бар, олардың әрқайсысында канондық CGHC мотиві кездеседі, сондай-ақ екі каталитикалық емес домені бар. Бұл құрылым митохондрияның мембранааралық кеңістігіндегі тотығу арқылы бүктелуге жауапты ферменттердің құрылымына ұқсас; мысалы, митохондриялық IMS импорты мен құрастыру (Mia40) ферментінде 2 каталитикалық домен бар, олардың әрқайсысы CX9C мотивін қамтиды, бұл PDI-нің CGHC доменіне ұқсас. Тотығу арқылы бүктелуге жауапты бактериялық DsbA ферментінде де тиоредоксиннің CXXC домені бар.
Protein disulfide isomerase has two catalytic thioredoxin like domains (active sites), each containing the canonical CGHC motif, and two non catalytic domains. This structure is similar to the structure of enzymes responsible for oxidative folding in the intermembrane space of the mitochondria; an example of this is mitochondrial IMS import and assembly (Mia40), which has 2 catalytic domains that contain a CX9C, which is similar to the CGHC domain of PDI. Bacterial DsbA, responsible for oxidative folding, also has a thioredoxin CXXC domain.
Белоктардың бүлінуі
PDI оксидорредуктазалық және изомеразалық қасиеттерді көрсетеді, екеуі де протеин дисульфид изомеразасына байланысатын субстраттың түріне және протеин дисульфид изомеразасының тотығу-тотықсыздану күйіндегі өзгерістерге байланысты. Редуктаза әдісінде дұрыс бүлінбеген субстраттың дисульфидтік байланысы глютатион мен НАДФ-тан электрондардың берілуі арқылы екі тотыққан цистеин қалдығына айналады. Содан кейін, субстраттың дұрыс цистеин қалдықтары арасында тотығу дисульфидтік байланысы пайда болып, қалыпты бүлу процесі жүзеге асады, нәтижесінде дұрыс бүлінген белок түзіледі. Изомераза әдісінде субстраттың функционалдық топтарының ішкі қайта орналасуы әрбір белсенді орынның N-ұшына жақын катализделеді.
PDI displays oxidoreductase and isomerase properties, both of which depend on the type of substrate that binds to protein disulfide isomerase and changes in protein disulfide isomerase's redox state. For the reductase method, a misfolded substrate disulfide bond is converted to a pair of reduced cysteine residues by the transfer of electrons from glutathione and NADPH. Afterwards, normal folding occurs with oxidative disulfide bond formation between the correct pairs of substrate cysteine residues, leading to a properly folded protein. For the isomerase method, intramolecular rearrangement of substrate functional groups is catalyzed near the N terminus of each active site.
Иммундық жүйе
Белсенді дисульфид изомераза антигендік пептидтерді I класты МЖК молекулаларына жүктеуге көмектеседі. Бұл молекулалар (МЖК I) иммундық жауап кезінде антигенді ұсынатын жасушалардың пептидті көрсетуімен байланысты. CD4-оң жасушаларды ВИЧ инфекциясы кезінде протеин дисульфид изомеразаның ВИЧ gp120 протеиніндегі байланыстарды бұзуға қатысы бар екені анықталды және лимфоциттер мен моноциттердің ВИЧ инфекциясы үшін қажет. Кейбір зерттеулер оның CD4 ақуызының маңында, жасуша бетінде ВИЧ инфекциясына қолжетімді екенін көрсетті. Дегенмен, оған қайшы зерттеулер оның жасуша бетінде емес, қан плазмасында көп мөлшерде табылатынын көрсетті.
Protein disulfide isomerase helps load antigenic peptides into MHC class I molecules. These molecules (MHC I) are related to the peptide presentation by antigen presenting cells in the immune response. Protein disulfide isomerase has been found to be involved in the breaking of bonds on the HIV gp120 protein during HIV infection of CD4 positive cells, and is required for HIV infection of lymphocytes and monocytes. Some studies have shown it to be available for HIV infection on the surface of the cell clustered around the CD4 protein. Yet conflicting studies have shown that it is not available on the cell surface, but instead is found in significant amounts in the blood plasma.
Қараушы қызмет
Белсенді дисульфид изомеразаның тағы бір маңызды функциясы – шаперондық белсенділігімен байланысты; оның b' домені бұрмаланған белокты байланыстырып, одан әрі ыдырауға көмектеседі. Олар ER-дегі бұрмаланған белоктердің жоғары деңгейіне жасуша ішіндегі сигналдық каскадтар арқылы жауап береді, бұл PDI-дың шаперондық белсенділігін күшейтеді. Бұл сынақтың сезімталдығы микромолярлық диапазонды құрайды. ScRNase сынағы: белок дисульфид изомеразасы шатасқан (белсенді емес) RNase-ді оның субстратына әсер ететін табиғи (белсенді) RNase-ге түрлендіреді. Сезімталдығы микромолярлық диапазонға тең. Di E GSSG сынағы: Бұл – белок дисульфид изомеразаның пикомолярлық мөлшерін анықтай алатын флуориметриялық сынақ, сондықтан ол белок дисульфид изомераза белсенділігін анықтау үшін қазіргі кездегі ең сезімтал сынақ болып табылады. Di E GSSG-де тотыққан глутатионға (GSSG) бекітілген екі эозин молекуласы бар. Эозин молекулаларының жақын орналасуы оның флуоресценциясын төмендетеді. Дегенмен, белок дисульфид изомеразасы дисульфидтік байланысты бұзғанда флуоресценция 70 есеге артады.
Another major function of protein disulfide isomerase relates to its activity as a chaperone; its b' domain aids in the binding of misfolded protein for subsequent degradation. They respond to high levels of misfolded proteins in the ER through intracellular signaling cascades that can activate PDI's chaperone activity. Sensitivity of this assay is in micromolar range. ScRNase assay: protein disulfide isomerase converts scrambled (inactive) RNase into native (active) RNase that further acts on its substrate. The sensitivity is in micromolar range. Di E GSSG assay: This is the fluorometric assay that can detect picomolar quantities of protein disulfide isomerase and therefore is the most sensitive assay to date for detecting protein disulfide isomerase activity. Di E GSSG has two eosin molecules attached to oxidized glutathione (GSSG). The proximity of eosin molecules leads to the quenching of its fluorescence. However, upon breakage of disulfide bond by protein disulfide isomerase, fluorescence increases 70 fold.
Нитрозативті стресстің әсері
Редокстік реттеудің бұзылуы эндоплазмалық ретикулумда нитрозативті стрестің күшеюіне алып келеді. Нейрондар сияқты сезімтал жасушалардың қалыпты жасушалық ортасындағы осындай қолайсыз өзгерістер тиол тобын қамтитын ферменттердің жұмыс істемеуіне немесе қайтымды түрде өзгеруіне себеп болады. Қызыл шарап пен жүзім шырыны протеин дисульфид изомеразасының активтілігін тежейтіні анықталды, бұл француз парадоксының себебі болуы мүмкін.
Redox dysregulation leads to increases in nitrosative stress in the endoplasmic reticulum. Such adverse changes in the normal cellular environment of susceptible cells, such as neurons, leads to nonfunctioning thiol containing enzymes. or reversibly. It has been shown that protein disulfide isomerase activity is inhibited by red wine and grape juice, which could be the explanation for the French paradox.