Кіріспе

ГУЛОНОЛАКТОН ОКСИДАЗА (EC 1.1.3.8) – С витаминінің синтезіне қатысатын фермент. Ол егешқұйрықтар мен тышқандарда экспрессияланады, бірақ гаплорриндерде (приматтардың ішкі тобы, адамдарды қоса), кейбір жартарғанаттарда және теңіз шошқаларында функционалды емес. Ол L-гулоно 1,4-лактонның оттегімен L-ксилогекс-3-гулонолактон (2-кетогулоно γ-лактон) және сутек пероксидін түзетін реакциясын катализдейді. Ол FAD кофакторын пайдаланады. L-ксилогекс-3-гулонолактон ферменттік әрекетсіз спонтанды түрде аскорбин қышқылына айналады. Егешқұйрықтағы L-гулонолактоноксидазаның құрылымы осы ферменттің ерекшеліктерін анықтауға көмектеседі.

Гулонолактон оксидазаның жетіспеушілігі

Функционалды емес гулонолактоноксидаза псевдогені (GULOP) адам хромосомасы 8p21-ге локализацияланды, ол шошқа хромосомасы 4 (SSC4) немесе 14 (SSC14) эволюциялық сақталған сегментімен сәйкес келеді. GULO аскорбин қышқылының прекурсорын синтездейді, ол спонтанды түрде витаминге айналады. L гулонолактоноксидазаны (GULO) кодтайтын геннің активтілігін жоғалту бірнеше түрлер эволюциясы барысында тәуелсіз түрде жүрді. GULO активтілігі кейбір жабырқақтар (bats) түрлерінде жоғалған, ал басқалары сақтап қалған. Бұл ферменттік активтіліктің жоғалуы теңіз шошқаларының витамин С-ны ферменттік жолмен синтездеуге қабілетсіздігіне себепті болады. Бұл екі оқиға да приматтардың гаплоррин субтармағындағы жоғалудан (адамдарды қоса) тәуелсіз болды. Көптеген мутациялармен жұмыс істемейтін бұл геннің қалдығы теңіз шошқалары мен адамдар геномында әлі де кездеседі. GULO активтілігі жоқ жабырқақтарда геннің қалдықтары бар-жоғы белгісіз. GULO функциясы бірнеше рет жоғалған, және мүмкін, кейбір passerine құстарында қайтадан пайда болған, онда витамин С синтездеу қабілеті түрлер арасында өзгереді. Приматтарда GULO активтілігінің жоғалуы шамамен 63 миллион жыл бұрын болды, Haplorhini (ферменттік активтілігін жоғалтқан) және Strepsirrhini (сақтап қалған) субтармақтарына бөлінген кезде. Ферменттік жолмен витамин С синтездеуге қабілетсіз гаплоррин ("қарапайым мұрынды") приматтарына тарсиерлер және симиандар (қоңыздар, маймылдар және адамдар) жатады. Стрепсиррин ("қисайған мұрынды" немесе "ылғал мұрынды") приматтары, әлі де витамин С-ны ферменттік жолмен синтездеуге қабілетті, оларға лорилер, галаголар, потолар және белгілі бір дәрежеде лемурлар кіреді. L гулонолактоноксидаза жетіспеушілігі "гипоаскорбиемия" деп аталады және OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man) оны "жалпыға ортақ туа біткен метаболизмнің бұзылысы" деп сипаттайды, себебі ол барлық адамдарға әсер етеді. Басқа приматтардың тұтынатын аскорбин қышқылының мөлшері мен адамдар үшін ұсынылған "қалыпты мөлшерлердің" арасында үлкен айырмашылық бар. Аскорбат тапшылығының айқын патологиялық түрінде, әсері цинга ретінде көрінеді.

Жоғалтудың салдары

Приматтарда ГУЛО генінің жоғалуынан кейін қандай да бір деңгейде бейімделу орын алған болуы мүмкін. Эритроциттердегі Glut1 және стоматин көмегімен дегидроаскорбин қышқылының сіңуі – глюкозадан аскорбин қышқылын синтездеу қабілетін жоғалтқан адамдар мен басқа да сирек кездесетін сүтқоректілерге тән ерекше қасиет. GLUT тасымалдаушылары мен стоматин адам жасушаларының және тіндерінің көптеген түрлерінде кең таралғандықтан, эритроциттерден басқа адам жасушаларында да ұқсас өзара әрекеттесулер болуы мүмкін. Линус Паулинг эндогендік аскорбат өндірісінің жоғалуынан кейін, аскорбатты синтездеу қабілетін жоғалтқан түрлерде Lp(a) плазмасының деңгейінің жоғарылау жиілігінің артуын ескере отырып, apo(a) және Lp(a) эволюциямен үлкен қолдауға ие болды, олар аскорбаттың орнын басатын рөл атқарды. Сонымен қатар, GULO генінің жоғалуынан кейін D витаминімен CAMP генінің экспрессиясын реттеуге қабілеттілік тек приматтарға тән. Джонсон және авторлар GULOP псевдогенінің мутациясы, нәтижесінде GULO өндірілімінің тоқтауы, ертедегі приматтарға пайдалы болуы мүмкін деп болжады, себебі бұл күріш қышқылының деңгейін арттырып, фруктозаның салмақ алу мен май жинақтаруға тигізетін әсерін күшейтті. Азық-түлік жетіспеушілігі кезінде бұл мутанттарға тірі қалуда артықшылық берді.

Жануарлар үлгілері

Адам ауруларын зерттеуде шағын зертханалық жануарлардың моделі пайдалы болды. Дегенмен, GULO генін қамтитын жануарлар моделінің тіндерінде әдетте аскорбин қышқылының деңгейі жоғары болады, сондықтан экзогенді С витамині оларға аз әсер етеді. Бұл, приматтар және осы гені жоқ басқа жануарлардың эндогенді тотығу-тотықсыздану жүйелерін зерттеу үшін маңызды кедергі болып табылады. Теңіз шошқалары (Guinea pigs) адам моделі ретінде танымал. Олар 20 миллион жыл бұрын GULO-ны жасау қабілетін жоғалтты. GULO–/– егеуқұйрықтары (mice) адам моделі ретінде көптеген келесі зерттеулерде қолданылды. Әртүрлі жануар түрлерінде жоғалған ферменттік функцияны қайта жандандыру бойынша сәтті әрекеттер жасалды. Сондай-ақ, GULO-ның әртүрлі мутанттары анықталды.

Өсімдік үлгілері

Өсімдіктерде С витаминінің бүкіл өсімдік морфологиясын, жасуша құрылымын және өсімдік дамуын реттеудегі рөлі, Арабидопсис талиана, картоп, темекі, қызанақ және күріштің С витаминіне төзімсіз мутанттарын зерттеу арқылы нақты дәлелденді. А. талианада инозитол оксигеназасы мен гулоно 1,4 лактоноксидазасын жоғары деңгейде экспрессиялау С витаминінің мөлшерін арттырып, биомассаның өсуіне және абиотикалық стресске төзімділіктің күшеюіне ықпал етеді.

Есірткідегі L- гулонолактоноксидаза

L гулонолактоноксидаза (GULO) – аскорбин қышқылының, яғни С витаминінің өндірісін катализдеуге көмектесетін фермент. Адамдар мен теңіз шошқалары сияқты сүтқоректілер бұл генді белгілі бір экзондағы көптеген мутациялардың нәтижесінде өрнектемейді. Бұл мутациялар нуклеотидтердің алмасуымен байланысты. Тышқандар – нақты ген транскриптісі арқылы L гулонолактоноксидазаны өрнектететін түр. Геннің ақуызды кодтайтын аймағы 645 негіз жұбынан тұрады, оның сегіз экзоны және жеті интроны бар. Тышқанның GULO-сы N-терминальды бөлігінде флавин аденин динуклеотиді протездік доменіне ие екені анықталды. Бұл альдонолактон оксидоредуктазаларының барлығы С витаминінің синтезінің кейбір түрлеріне қатысады, ал кейбіреулері (GULO және ALO-ны қоса) басқа мүшелердің субстраттарын қабылдай алады.