Кіріспе

Функционалдық топтарды молекулалар арасында көшіретін ферменттер класы. Биохимияда трансфераза – белгілі бір функционалдық топтарды (мысалы, метил немесе гликозил тобын) бір молекуладан (донор деп аталады) екінші молекулаға (акцептор деп аталады) ауыстыруды катализдейтін ферменттер класының кез келген өкілі. Олар биологиядағы жүздеген түрлі биохимиялық жолдарға қатысады және тіршілік процесінің ең маңызды бөліктерінің бірі болып табылады. Трансферазалар жасушадағы көптеген реакцияларға қатысады. Осы реакциялардың үш мысалы: тиол эфирлерін көшіретін кофермент А (CoA) трансферазасының активтігі, триптофанды метаболизмдейтін жолдың бір бөлігі болып табылатын N-ацетилтрансферазаның әрекеті және пируватты ацетил-CoA-ға айналдыратын пируват дегидрогеназасының (PDH) реттелуі. Трансферазалар трансляция кезінде де қолданылады. Бұл жағдайда аминқышқылының тізбегі пептидил трансфераза арқылы көшірілетін функционалдық топ болып табылады. Көшіру процесі рибосоманың А-орнындағы тРНҚ молекуласынан өсіп келе жатқан аминқышқылының алынуын және оны кейіннен Р-орнындағы тРНҚ-ға бекітілген аминқышқылына қосуды қамтиды. Механизмдік тұрғыдан алғанда, келесі реакцияны катализдейтін фермент трансфераза болады:

Жоғарыдағы реакцияда (мұндағы сызық минус белгісі емес, байланысты білдіреді) X – донор, ал Y – акцептор болады. R – трансфераза активтілігінің нәтижесінде көшірілетін функционалдық топты білдіреді. Донор көбінесе кофермент болып табылады.

Тарих

Трансферазаларға қатысты маңызды жаңалықтардың кейбіреулері 1930 жылдары жарық көрді. Трансфераза белсенділігінің алғашқы ашылулары ферменттердің басқа жіктемелерінде болды, оның ішінде бета-галактозидаза, протеаза және қышқылдық/негіздік фосфатазалар. Жеке ферменттер мұндай міндетті орындай алатыны түсінілгенге дейін, функционалдық топтарды ауыстыру үшін екі немесе одан көп фермент қатысады деп есептелді. Трансаминация, яғни амин (немесе NH2) тобының аминқышқылынан кетоқышқылына амин трансфераза (кейде "трансаминаза" деп те аталады) арқылы көшірілуі, 1930 жылы Дороти М. Нидхам көгершіннің кеуде бұлшық етіне қосылған глутамин қышқылының жоғалуын байқағаннан кейін алғаш рет анықталды. Бұл байқау 1937 жылы Браунштейн мен Крицманның реакция механизмін ашуымен расталды. Олардың талдауы көрсеткендей, бұл қайтымды реакцияны басқа тіндерге де қолдануға болады. Бұл тұжырымды 1937 жылы Рудольф Шенхаймер радиоизотоптарды іздеуші ретінде қолдану арқылы тексерді. Бұл өз кезегінде, мұндай көшірулер көптеген аминқышқылыларды амин көшіру арқылы өндірудің басты жолы болуы мүмкін деген мүмкіндікке есік ашты. Трансферазаның ерте зерттеулерінің және кейінірек жіктемесінің тағы бір мысалы – уридил трансферазаның ашылуы. 1953 жылы UDP-глюкоза пирофосфорилаза ферментінің трансфераза екені анықталды, ол UDP-глюкоза мен органикалық пирофосфаттан UTP және G1P-ні қайтымды түрде өндіре алады. Трансферазаға қатысты тарихи маңызы бар тағы бір жаңалық – катехоль O-метилтрансферазаның катехоламиндердің ыдырау механизмін ашуы. Бұл жаңалық Юлиус Аксельродтың 1970 жылғы Физиология және Медицина саласындағы Нобель сыйлығының (сер Бернард Кац және Ульф фон Эйлермен бөліскен) маңызды бөлігі болды. Трансферазаларды жіктеу бүгінге дейін жалғасуда, және жаңа түрлері жиі табылуда. Мысалы, Drosophila-ның дорсальды-вентральды пішінін қалыптастыруға қатысатын сульфотрансфераза – Pipe. Бастапқыда Pipe-тың нақты механизмі белгісіз болды, себебі оның субстраты туралы мәліметтер жетіспеді. Pipe-тың катализдік белсенділігін зерттеу оның гепаран сульфаты гликозаминогликаны емес екенін жоққа шығарды. Келесі зерттеулер Pipe-тың жұмыртқалық құрылымдарды сульфациялауға бағытталғанын көрсетті. Қазіргі уақытта Pipe Drosophila гепаран сульфаты 2 O-сульфотрансферазасы ретінде жіктеледі.

Жіктеу

Көшірілген биохимиялық топтың түріне сүйенетін трансферазаларды он санатқа бөлуге болады (EC нөмірі жіктеліміне сәйкес). Бұл санаттар 450-ден астам әртүрлі, ерекше ферменттерді қамтиды. EC нөмірлеу жүйесінде трансферазалар EC2 классына жатады. Трансферазалардың тасымалдайтын тобына қатысты сутек функционалдық топ ретінде қарастырылмайды; сутек тасымалы оксидоредуктазалар класына кіреді. Мысалы, карбамоилтрансферазалар карбамоил тобын бір молекуладан екіншісіне ауыстырады. Карбамоил тобының формуласы NH2CO болып табылады. ATCase жағдайында мұндай тасымалдау карбамоил фосфат + L-аспартат → L-карбамоил аспартат + фосфат түрінде жазылады.

ЕҚ 2.2: альдегид және кетон трансферазалары

Алдегид немесе кетон топтарын тасымалдайтын ферменттер және EC 2.2 класына жатады. Бұл санатқа әртүрлі транскетолазалар мен трансальдолазалар кіреді. Альдегид трансферазаларының атымен аталған трансальдолаза, пентоза фосфат жолының маңызды бөлігі болып табылады. Ол катализдейтін реакция дигидроксиацетон функционалдық тобының глицеральдегид-3-фосфатқа (әрі G3P деп те аталады) ауысуынан тұрады. Реакция былай өтеді: седогептулоза-7-фосфат + глицеральдегид-3-фосфат → эритроза-4-фосфат + фруктоза-6-фосфат.

EC 2.3: ацил трансферазалары

Ацил топтарының немесе ауысу процесінде алкил топтарына айналатын ацил топтарының ауысуы EC 2.3-тің маңызды аспектілері болып табылады. Бұдан әрі, бұл категория амин ацил және амин ацил емес топтарды да ажыратады. Пептидил трансфераза – трансляция кезінде пептидтік байланыстардың қалыптасуын жеңілдететін рибозим. Аминоацилтрансфераза ретінде ол келесі реакция бойынша пептидті аминоацил тРНК-ға ауыстыруды катализдейді: пептидил тРНКА + аминоацил тРНКБ → тРНКА + пептидил аминоацил тРНКБ.

EC 2.4: гликозил, гексозил және пентозил трансферазалары

ЕҚ 2.4 гликозил топтарын, сондай-ақ гексоза мен пентозаны ауыстыратын ферменттерді қамтиды. Гликозилтрансфераза – ЕҚ 2.4 трансферазаларының кіші тобы, ол моносахаридтерді басқа молекулаларға беру арқылы дисахаридтер мен полисахаридтердің биосинтезіне қатысады. Көзге түсетін гликозилтрансферазаның мысалы – лактоза синтетазасы, ол екі ақуыздық суббірлікке ие димер. Оның басты қызметі – глюкоза мен UDP-галактозадан лактоза жасау. Бұл келесідей жолмен жүзеге асады: UDP β-D-галактоза + D-глюкоза → UDP + лактоза.

EC 2.5: алкил және арил трансферазалары

ЕК 2.5 алкил немесе арил топтарын көшіретін ферменттерге қатысты, бірақ метил топтарын қамтымайды. Бұл, ал көшірілген кезде алкил топтарына айналатын функционалдық топтарға керісінше, олар ЕК 2.3-ке кіреді. ЕК 2.5 қазіргі уақытта тек бір кіші класты қамтиды: алкил және арил трансферазалар. Мысалы, цистеин синтетазасы O3-ацетил-L-серин мен күкірт сутегінен сірке қышқылы мен цистеиннің түзілуін катализдейді: O3-ацетил-L-серин + H2S → L-цистеин + ацетат.

EC 2.6: азот трансферазалары

Азотты топтардың ауысуымен сәйкес келетін топтама EC 2.6 болып табылады. Бұл трансаминазалар (сонымен қатар "аминотрансферазалар" деп те аталады) сияқты ферменттерді, сондай-ақ өте аз сандағы оксиминотрансферазалар мен басқа азот топтарын ауыстыратын ферменттерді қамтиды. EC 2.6 бұрын амидинтрансферазаны қамтыды, бірақ ол кейін EC 2.1 (бір көміртекті топтарды ауыстыратын ферменттер) кіші тобына қайта жіктелді. Мысалы, тирозин, фенилаланин және триптофанға әсер ететін аспартат трансаминазасы аминотопты бір молекуладан екіншісіне қайтымды түрде ауыстырады. Реакция мысалы, келесі ретпен жүреді: L-аспартат + 2-оксоглутарат → оксалоацетат + L-глутамат.

EC 2.7: фосфор трансферзалары

EC 2.7 фосфорлы топтарды тасымалдайтын ферменттерді қамтиды, сонымен қатар нуклеотидил трансферазаларды да қамтиды. Фосфотрансферазалардың кіші тобы, тасымалдауды қабылдайтын топтың түріне сәйкес санаттарға бөлінеді. Бірлескеннен кейін CDK-циклин кешені жасуша циклінде өзінің қызметін атқара алады. CDK катализдейтін реакция былай өтеді: АТФ + мақсатты белок → АДФ + фосфопротеин.

EC 2.8: күкірт трансферазалары

Күкіртті топтардың берілуі EC 2.8 кодымен қамтылған және күкірт трансферазалары, сульфотрансферазалар және CoA трансферазалары, сондай-ақ алкилтио топтарын беруші ферменттер кіші топтарына бөлінеді. Сульфотрансферазалардың нақты бір тобы сульфат тобының доноры ретінде ПАПС-ты пайдаланады. Осы топтың ішінде кең спектрлі мақсаттарға ие алкоголь сульфотрансферазасы бар. Осы себепті алкоголь сульфотрансферазасы "гидроксистероид сульфотрансферазасы", "стероид сульфокиназасы" және "эстроген сульфотрансферазасы" сияқты басқа да бірнеше атаулармен танымал. Оның активтілігінің төмендеуі адам бауыр ауруларымен байланысты. Бұл трансфераза келесі реакция арқылы әрекет етеді: 3' фосфоаденил сульфаты + спирт → аденозин 3',5'-бисфосфаты + алкил сульфаты.

EC 2.9: селен трансферазалары

ЕҚ 2.9 селен қамтитын топтарды тасымалдайтын ферменттерді қамтиды. Бұл санатта бар болғаны екі трансфераза бар, демек, трансферазалардың ең кішкентай санаттарының бірі болып табылады. 1999 жылы жіктеу жүйесіне алғаш қосылған селеноцистеин синтетазасы серил тРНК-ны (Sec UCA) селеноцистеил тРНК-ға (Sec UCA) айналдырады.

ЕО 2.10: металл трансферзалары

ЕО 2.10 санатына молибден немесе вольфрам қамтитын топтарды тасымалдайтын ферменттер жатады. Алайда, 2011 жылға дейін тек бір ғана фермент қосылған: молибдоптерин молибдотрансфераза. Бұл фермент Escherichia coli бактериясындағы MoCo биосинтезінің құрамдас бөлігі болып табылады. Ол катализдейтін реакция төмендегідей: аденилмолибдоптерин + молибдат → молибден кофакторы + АМФ.

Гисто- қан тобындағы рөлі

А және В трансферазалары адамның АВО қан тобы жүйесінің негізі болып табылады. А және В трансферазалары гликозильтрансферазалар болып табылады, яғни олар қант молекуласын H антигеніне қосып береді. Бұл H антигенінің A/B антигендері деп аталатын гликопротеиндер мен гликолипидтер конъюгаттарын синтездеуіне мүмкіндік береді. Оның жасушадағы функциясы – H антигеніне N-ацетилгалактозамин қосып, А антигенін жасау. В трансферазаның толық атауы – альфа-1,3-галактозилтрансфераза. А және В трансферазаларына жауапты ген 9-шы хромосомада орналасқан. Ген жеті экзон мен алты интроннан тұрады және геннің ұзындығы 18 кб-нан асады. А және В трансферазаларының аллельдері өте ұқсас. Соның салдарынан алынған ферменттер тек 4 аминқышқыл қалдығымен ғана ерекшеленеді. Кетондар денедегі майлардың ыдырауынан пайда болады және маңызды энергия көзі болып табылады. Кетондарды пайдалана алмау эпизодтық кетоацидозға алып келеді, ол көбінесе нәресте шағында бірінші рет көрінеді. Емдеу көбінесе науқастың диетасын бақылауға негізделген.

CPT-II жетіспеушілігі

Карнитин пальмитоилтрансфераза II тапшылығы (сонымен қатар CPT II тапшылығы деп те аталады) ұзақ тізбекті май қышқылдарының артық болуына алып келеді, себебі организм май қышқылдарын митохондрияға отын ретінде өңдеу үшін жеткізе алмайды. Бұл ауру CPT2 геніндегі ақаулықтан туындайды. Бұл тапшылық пациенттерде үш түрдің бірімен көрінеді: өлімге алып келетін жаңа туған нәрестелердегі, ауыр нәрестелік гепатокардиомискулярлық және миопатиялық формалар. Бұл тапшылық галактоза-1-фосфат уридилилтрансфераза (GALT) генінде кез келген мутациялардың болуына байланысты пайда болады, бұл GALT мөлшерінің жетіспеушілігіне әкеледі. Галактоземияның екі түрі бар: классикалық және Дуарте. Дуарте галактоземиясы классикалық галактоземияға қарағанда көбінесе жеңіл өтеді және галактокиназаның жетіспеушілігінен туындайды. Галактоземия нәрестелердің ана сүтіндегі қантты өңдеу мүмкіндігін жояды, бұл туғаннан кейін бірнеше күн ішінде құсу мен анорексияға алып келеді. Көз линзаларында екінші уытты зат – галактотитол жиналып, катаракта тудырады. Қазіргі уақытта қолжетімді ем – ерте диагностикадан кейін лактозадан толыққанды бас тартатын диета және дамитын инфекциялар үшін антибиотиктер тағайындау.

Холин ацетилтрансферазаның жетіспеушілігі

Холин ацетилтрансферазасы (ChAT немесе CAT деп те аталады) – ацетилхолин нейротрансмиттерін өндіретін маңызды фермент. Ацетилхолин есте сақтау, назар, ұйқы және ояну сияқты көптеген нейропсихикалық функцияларға қатысады. Фермент шар тәрізді пішіндес және бір ғана аминқышқыл тізбегінен тұрады. ChAT гені 10-шы хромосомада орналасқан.

Альцгеймер ауруы

ChAT экспрессиясының төмендеуі Альцгеймер ауруының маңызды белгілерінің бірі болып табылады. Альцгеймер ауруымен ауыратын науқастардың миының бірнеше аймақтарында, оның ішінде уақытша бөлігінде, тоқпан бөлігінде және маңдай бөлігінде 30-90% дейін белсенділік төмендегені байқалады. Дегенмен, ChAT жетіспеушілігі осы аурудың басты себебі деп есептелмейді. ChAT белсенділігінің төмен деңгейі – аурудың ерте көрінісі болып табылады және қозғалтқыш нейрондары өле бастағанға дейін анықталады. Бұл тіпті науқаста симптомдар пайда болмас бұрын да анықталуы мүмкін.

Хантингтон ауруы

Хантингтон ауруы бар науқастарда ChAT өндірісінің айтарлықтай төмендеуі байқалады. Өндірістің төмендеуінің нақты себебі белгісіз болғанымен, тікенді дендриттері бар орташа өлшемді моторлық нейрондардың өлімі ChAT өндірісінің төмендеуіне алып келеді деп саналады, сондай-ақ бұл өзгерістер ядролы жинақымен (nucleus accumbens) байланысты, ол осы науқастарда байқалатын когнитивтік функцияның төмендеуімен байланысты деп есептеледі. Мидың осы ақаулары жүрек-қан тамыр және тыныс алу жүйелері сияқты маңызды аутономдық функцияларды бақылау мүмкіндігіне кедерес келтіруі мүмкін. ChAT жетіспеушілігі миастения синдромдарымен байланысты, онда мәселе пресинаптикалық деңгейде туындайды. Бұл синдромдар пациенттердің ацетилхолинды қайта синтездеуге қабілетсіздігімен сипатталады. Ол бұл екі міндетті де қолданыстағы ДНК молекуласының 3' ұшына дезоксинуклеотидтерді шаблон ретінде қосу арқылы атқарады. Терминал трансфераза – РНК праймерсіз жұмыс істей алатын сирек ДНК полимеразаларының бірі. Бұл глутатион трансферазаларын гербицидтер мен инсектицидтер сияқты ластағыштарды анықтауға арналған биосенсорлар жасау үшін қолдануға болады. Глутатион трансферазалары сондай-ақ трансгендік өсімдіктерде биотикалық және абиотикалық стреске төзімділікті арттыру үшін де пайдаланылады.

Резеңке трансферазалары

Қазіргі уақытта табиғи каучуктың жалғыз коммерциялық көзі – Хевеа (Hevea brasiliensis) өсімдігі болып табылады. Табиғи каучук көптеген коммерциялық қолданыстарда синтетикалық каучуктан жоғары сапалы. Табиғи каучук синтездейтін трансгенді өсімдіктерді, оның ішінде темекі мен күнбағысты өндіруге күш-жігер жұмсалуда. Бұл күш-жігер резеңке трансфераза фермент кешенінің құрамындағы кіші бірліктерді анықтауға және осы гендерді басқа өсімдіктерге трансфекциялауға бағытталған. Мысалы, Гольджи аппаратындағы көптеген гликозилтрансферазалар. Ал басқалары – көп қабықшалы трансмембраналық ақуыздар, мысалы, белгілі бір олигосахарилтрансферазалар немесе MAPEG отбасына жататын микросомальді глутатион S трансфераза.