Фосфолипаза A2: Құрамы, қасиеттері және биологиялық ролі
Phospholipase A2
Фосфолипаза A2: фермент, ыдыратып май қышқылдарын бөліп шығарады. Арахидон қышқылы, эйкозаноидтар (простагландиндер, лейкотриендер) және қабыну процесіне қатысады.
Peripheral membrane protein
DISPLAYTITLE:Phospholipase A2
Фосфолипаза А2 ферменті (EC 3.1.1.4, PLA2, жүйелі атауы фосфатидилхолин 2 ацилгидролаза) фосфолипидтердің 2-позициясындағы май қышқылдарын бөліп шығаруды катализдейді, екінші май қышқылының "құйрығы" мен глицерин молекуласы арасындағы байланысты гидролиздейді:
The enzyme phospholipase A2 (EC 3.1.1.4, PLA2, systematic name phosphatidylcholine 2 acylhydrolase) catalyses the cleavage of fatty acids in position 2 of phospholipids, hydrolyzing the bond between the second fatty acid “tail” and the glycerol molecule:
phosphatidylcholine + H2O = 1 acylglycerophosphocholine + a carboxylate
Бұл фосфолипаза фосфолипидтердің sn2 ацил байланысын ерекше таниды және катализдік түрде гидролиздейді, арахидон қышқылы мен лизофатидилхолинін, лизофатид қышқылының прекурсоры болып табылатын заттарды босатады. Циклооксигеназалар немесе липоксигеназалар арқылы жүзеге асырылатын келесі модификациядан кейін арахидон қышқылы эйкозаноидтар деп аталатын белсенді қосылыстарға айналады. Эйкозаноидтарға простагландиндер мен лейкотриендер жатады, олар қабынуға қарсы және қабыну медиаторлары ретінде жіктеледі. PLA2 ферменттері сүтқоректілердің тіндерінде, сондай-ақ кенелердің, жәндіктердің және жылан уының құрамында кеңінен таралған. Бал арасының уының басым бөлігі мелиттиннен тұрады, ол PLA2 стимуляторы болып табылады. Жылан немесе жәндік шаққан кезде PLA2-нің жоғарылауы және активтігінің артуына байланысты арахидон қышқылы фосфолипид мембранасынан пропорционалсыз түрде босатылады. Соның салдарынан, зардап шеккен жерде қабыну мен ауырсыну пайда болады. Прокариоттық А2 фосфолипазалары да бар. Фосфолипазалардың басқа түрлеріне фосфолипаза А1, фосфолипаза В, фосфолипаза С және фосфолипаза D жатады.
This particular phospholipase specifically recognizes the sn2 acyl bond of phospholipids and catalytically hydrolyzes the bond, releasing arachidonic acid and lysophosphatidyl choline, a precursor of lysophosphatidic acid. Upon downstream modification by cyclooxygenases or lipoxygenases, arachidonic acid is modified into active compounds called eicosanoids. Eicosanoids include prostaglandins and leukotrienes, which are categorized as anti inflammatory and inflammatory mediators. PLA2 enzymes are commonly found in mammalian tissues as well as arachnid, insect, and snake venom. Venom from bees is largely composed of melittin, which is a stimulant of PLA2. Due to the increased presence and activity of PLA2 resulting from a snake or insect bite, arachidonic acid is released from the phospholipid membrane disproportionately. As a result, inflammation and pain occur at the site. There are also prokaryotic A2 phospholipases. Additional types of phospholipases include phospholipase A1, phospholipase B, phospholipase C, and phospholipase D.
Отбасылар
Фосфолипазалар А2 – ортақ ферменттік активтілікке ие бірнеше туыс емес ақуыз отбасыларын қамтиды. Ең маңызды екі отбасы – секрецияланатын және цитозолдық фосфолипазалар А2. Басқа отбасыларға Ca2+ тәуелсіз PLA2 (iPLA2) және липопротеинмен байланысты PLA2 (lp PLA2) жатады, олар тромбоциттерді белсендіретін фактордың ацетилгидролазасы (PAF AH) деп те белгілі.
Phospholipases A2 include several unrelated protein families with common enzymatic activity. Two most notable families are secreted and cytosolic phospholipases A2. Other families include Ca2+ independent PLA2 (iPLA2) and lipoprotein associated PLA2s (lp PLA2), also known as platelet activating factor acetylhydrolase (PAF AH).
А2 фосфолипазалар бөлініп шығарылады (sPLA2)
Клеткадан тыс фосфолипаза А2 түрлері әртүрлі улардан (жылан, ара және шершiл), зерттелген барлық сүтқоректілер тіндерінен (ішек безі мен бүйректерiн қоса алғанда) және бактериялардан оқшауланды. Оларға белсендiлiк үшiн Ca2+ қажет. Ішек безi sPLA2 майлы тағамдардағы фосфолипидтердi бастапқы қорытуға қызмет етедi. Улы фосфолипазалар жасуша лизiн жеделдету арқылы жемдi ұстауға көмектеседi. Егешкүрлерде III топтағы sPLA2 сперматозоидтардың жетiлуiне қатысады, ал X топтағы sPLA2 сперматозоидтардың мүмкiндiктерiн арттыруға қатысады деп саналады. sPLA2 сүтқоректілерде фосфолипидтердi ыдырату арқылы арахидоникалық қышқыл жолының бiрiншi қадамын катализдеу арқылы қабынуды күшейтедi, нәтижесiнде арахидоникалық қышқылды қоса алғанда май қышқылдары пайда болады. Бұл арахидоникалық қышқыл қабынуға және тромбогендiк молекулалардың пайда болуына әкелетiн метаболизмге ұшырайды. sPLA2 деңгейiнiң артық болуы бiрнеше қабыну ауруларына себеп болуы мүмкiн, және коронарлық артерия ауруы мен жедел коронарлық синдромда коронарлық оқиғалармен байланысты тамырлардың қабынуын күшейтедi, мүмкiн жедел тыныс алу синдромына және тонзиллит прогрессиясына әкеледi. Балаларда sPLA2 деңгейiнiң артық болуы астманы және көз бетiнiң қабынуын (көз құрғақтығы) күшейтетiн қабынумен байланысты. Алцгеймер ауруы және көптеген склерозбен ауыратын адамдардың ми-жұлын сұйығында sPLA2 белсендiлiгiнiң жоғарылауы байқалады, және бұл қан-ми-жұлын тосқауылының өткiзгiштiгiнiң артуының көрсеткiшi болуы мүмкiн. Фосфолипаза А2 отбасының ерекше мүшелерi бар, мысалы PLA2G12B, олардың типтiк фосфолипаза субстратымен фосфолипаза белсендiлiгi жоқ. PLA2G12B ферменттiк белсендiлiгiнiң болмауы оның басқа sPLA2-лерден өзгеше, бiрдей функцияға ие екенiн көрсетедi. PLA2G12B жоқ егешкүрлерде VLDL деңгейi айтарлықтай төмендегенi анықталды, бұл липопротеин секрециясына әсер етуi мүмкiн екенiн көрсетедi.
The extracellular forms of phospholipases A2 have been isolated from different venoms (snake, bee, and wasp), from virtually every studied mammalian tissue (including pancreas and kidney) as well as from bacteria. They require Ca2+ for activity. Pancreatic sPLA2 serve for the initial digestion of phospholipid compounds in dietary fat. Venom phospholipases help to immobilize prey by promoting cell lysis. In mice, group III sPLA2 are involved in sperm maturation, and group X are thought to be involved in sperm capacitation. sPLA2 has been shown to promote inflammation in mammals by catalyzing the first step of the arachidonic acid pathway by breaking down phospholipids, resulting in the formation of fatty acids including arachidonic acid. This arachidonic acid is then metabolized to form several inflammatory and thrombogenic molecules. Excess levels of sPLA2 is thought to contribute to several inflammatory diseases, and has been shown to promote vascular inflammation correlating with coronary events in coronary artery disease and acute coronary syndrome, and possibly leading to acute respiratory distress syndrome and progression of tonsillitis. In children, excess levels of sPLA2 have been associated with inflammation thought to exacerbate asthma and ocular surface inflammation (dry eye). Increased sPLA2 activity is observed in the cerebrospinal fluid of humans with Alzheimer's disease and multiple sclerosis, and may serve as a marker of increases in permeability of the blood cerebrospinal fluid barrier. There are atypical members of the phospholipase A2 family, such as PLA2G12B, that have no phospholipase activity with typical phospholipase substrate. The lack of enzymatic activity of PLA2G12B indicates that it may have unique function distinctive from other sPLA2s. It has been shown that in PLA2G12B null mice VLDL levels were greatly reduced, suggesting it could have an effect in lipoprotein secretion
Цитозольді фосфолипазалар А2 (cPLA2)
Ұяшық ішіндегі, IV топқа жататын PLA2 де кальцийге тәуелді, бірақ олардың 3D құрылымы өзгеше және секрецияланатын PLA2-дан айтарлықтай үлкен (700-ден астам аминқышқыл қалдықтары). Олардың құрамында C2 домені және ірі каталитикалық домен бар. Бұл фосфолипаздар жасушалық сигнализация процестеріне, мысалы, қабыну реакциясына қатысады. Олар мембраналық фосфолипидтерден арахидон қышқылын босатады. Арахидон қышқылы – сигналдық молекула және эикозаноидтар деп аталатын басқа сигналдық молекулалардың синтезіне қатысатын алғыр зат. Оларға лейкотриендер мен простагландиндер жатады. Кейбір эикозаноидтар липидтік екі қабаттан фосфолипаза С арқылы босатылатын диацилглицеролдан синтезделеді (төменде қараңыз). Фосфолипазалар А2 аминқышқыл тізбегінің гомологиялық ұқсастығына сүйеніп жіктелуі мүмкін.
The intracellular, group IV PLA2 are also Ca dependent, but they have a different 3D structure and are significantly larger than secreted PLA2 (more than 700 residues). They include a C2 domain and a large catalytic domain. These phospholipases are involved in cell signaling processes, such as inflammatory response. They release arachidonic acid from membrane phospholipids. Arachidonic acid is both a signaling molecule and the precursor for the synthesis of other signaling molecules termed eicosanoids. These include leukotrienes and prostaglandins. Some eicosanoids are synthesized from diacylglycerol, released from the lipid bilayer by phospholipase C (see below). Phospholipases A2 can be classified based on sequence homology.
Липопротеинге байланысты PLA2 (lp-PLA2)
ЛППЛА2 деңгейінің жоғарылауы жүрек ауруларымен байланысты және атеросклерозға себеп болуы мүмкін. Алайда, ЛППЛА2-нің атеросклероз дамуындағы рөлі плазмадағы тасымалдаушысына байланысты болуы мүмкін, сондай-ақ, бірнеше зерттеулер HDL-мен байланысты ЛППЛА2 HDL-дың антиатерогендік қасиеттеріне маңызды үлес қосатынын көрсетеді.
Increased levels of lp PLA2 are associated with cardiac disease, and may contribute to atherosclerosis. Although, the role of LP PLA2 in atherosclerosis may depend on its carrier in plasma, and several lines of evidence suggest that HDL associated Lp PLA2 may substantially contribute to the HDL antiatherogenic activities.
Механизм
Панкреалық sPLA2 катализдік механизмі белсенді ортадағы His 48/Asp 99/кальций кешенімен басталады. Кальций ионы sn 2 карбонил оттегін поляризациялайды, сонымен қатар катализдік су молекуласымен, w5, координацияланады. His 48 екінші су молекуласы w6 арқылы катализдік судың нуклеофилдігін арттырады. Катализдік гистидин мен эфир арасындағы қашықтықты жүріп өту үшін екі су молекуласы қажет деп саналады. His 48-дің негізділігі Asp 99-мен сутекті байланыс арқылы күшейтіледі деп есептеледі. His 48 орнына аспарагин қойылғанда жабайы типтегі белсенділік сақталады, себебі аспарагиндегі амид функционалдық тобы да көпірлік су молекуласының pKa, яғни қышқылдық диссоциация тұрақтысын төмендетуге қабілетті. Реакция жылдамдығын шектеуші кезең – кальций координацияланған оксианионнан тұратын тетраэдрлік аралық қосылыстың ыдырауымен сипатталады. Кальцийдің атқаратын рөлін кобальт және никель сияқты басқа да салыстырмалы түрде кішкентай катиондар да орындай алады. Ас қорыту процесінде белсенділікке ие болғанға дейін PLA2 проформы трипсинмен белсендіріледі. PLA2 гидрофобты қабырғасы бар каналға ие, онда Phe, Leu және Tyr сияқты гидрофобты аминқышқылдарының қалдықтары субстратты байланыстыруға көмектеседі. PLA2-нің тағы бір құрамдас бөлігі – жеті дисульфидтік көпір, олар реттеуге және тұрақты белок бүктелуіне әсер етеді. Бұдан басқа, ол адамның базафилдерінде гистаминнің бөлінуіне себеп болады.
The suggested catalytic mechanism of pancreatic sPLA2 is initiated by a His 48/Asp 99/calcium complex within the active site. The calcium ion polarizes the sn 2 carbonyl oxygen while also coordinating with a catalytic water molecule, w5. His 48 improves the nucleophilicity of the catalytic water via a bridging second water molecule, w6. It has been suggested that two water molecules are necessary to traverse the distance between the catalytic histidine and the ester. The basicity of His 48 is thought to be enhanced through hydrogen bonding with Asp 99. An asparagine substitution for His 48 maintains wild type activity, as the amide functional group on asparagine can also function to lower the pKa, or acid dissociation constant, of the bridging water molecule. The rate limiting state is characterized as the degradation of the tetrahedral intermediate composed of a calcium coordinated oxyanion. The role of calcium can also be duplicated by other relatively small cations like cobalt and nickel. Before becoming active in digestion, the proform of PLA2 is activated by Trypsin. PLA2 can also be characterized as having a channel featuring a hydrophobic wall in which hydrophobic amino acid residues such as Phe, Leu, and Tyr serve to bind the substrate. Another component of PLA2 is the seven disulfide bridges that are influential in regulation and stable protein folding. It also causes histamine release in human basophils.