Кіріспе

Гликолиздегі фермент. Триоза фосфат изомеразасы (TPI немесе TIM) – триоза фосфат изомерлерінің дигидроксиацетон фосфаты мен D-глицеральдегид-3-фосфатының қайтымды түрленуін катализдейтін фермент. TPI гликолизде маңызды рөл атқарады және тиімді энергия өндіру үшін қажет. TPI ферменті ізделінген барлық организмдерде табылды, оның ішінде сүтқоректілер мен жәндіктер, сондай-ақ саңырауқұлақтар, өсімдіктер және бактериялар да бар. Дегенмен, гликолизді жүзеге асырмайтын кейбір бактериялар, мысалы, уреаплазмалар, TPI-ге ие емес. Адамдарда TPI жетіспеушілігі прогрессивті, ауыр неврологиялық аурумен – триоза фосфат изомераза жетіспеушілігімен байланысты. Триоза фосфат изомераза жетіспеушілігі созылмалы гемолитикалық анемиямен сипатталады. Бұл ауруға түрлі мутациялар себеп болса да, көпшілігі 104-ші позициядағы глутамин қышқылының аспартик қышқылымен алмасуын қамтиды. Триоза фосфат изомеразасы – өте тиімді фермент, ол реакцияны ерітіндіде табиғи түрде жүзеге асатын реакциядан миллиардтаған есе жылдам орындайды. Реакция соншалықты тиімді, оны каталитикалық тұрғыдан жетілген деп атайды: оның жылдамдығын тек субстраттың ферменттің белсенді ортасына және одан диффузиялану жылдамдығы шектейді.

Механизм

Механизм энедиолдың аралық қалыптасуын қамтиды. Әрбір негізгі және өтпелі күйдің салыстырмалы еркін энергиясы эксперименттік жолмен анықталды және суретте көрсетілген. Электрофильді гистидин-95 қалдығы энедиол аралық түрін қалыптастыру үшін протонды донор ретінде әрекет етеді. Депротондалған кезде энедиолат ыдырайды, протондалған глутамат-165-тен протонды алып, GAP өнімін түзетіп шығарады. Кері реакцияның катализі де осыған ұқсас жүреді, сол энедиол түзіледі, бірақ C2 атомындағы оттектен энедиолаттың ыдырауы арқылы. TPI диффузиялық шектеулі. Термодинамикалық тұрғыдан қарағанда, ДХАП түзілуі ГАП өндірісіне қарағанда 20:1 үлес паймен басым. Дегенмен, гликолизде GAP метаболизмнің келесі сатыларында қолданылуы реакцияны оның өндірілуіне қарай итереді. TPI сульфат, фосфат және арсенат иондарымен тежеледі, олар белсенді орынға байланысады. Басқа тежеушілерге 2-фосфогликолат (өтпелі күйдің аналогы) және D-глицерол-1-фосфат (субстраттың аналогы) жатады.

Құрылымы

Триоза фосфат изомеразасы - әрқайсысы 250-ге жуық аминқышқыл қалдықтарынан тұратын бірдей кішібірліктерден тұратын димер. Кішібірліктің үш өлшемді құрылымында сырт жағынан сегіз α-спираль және ішкі жағынан сегіз параллель β-тізбек бар. Суретте әрбір кішібірліктің ленталық тірек сүйегі N ұшынан C ұшына дейін көктен қызылға дейін боялған. Бұл құрылымдық мотив αβ баррелі немесе TIM баррелі деп аталады және бұл ең көп кездесетін ақуыз қатпар. Бұл ферменттің белсенді орны баррелдің ортасында орналасқан. Глутамин қышқылының қалдығы мен гистидин каталитикалық механизмге қатысады. Белсенді орынға жақын аминқышқыл тізбегі барлық белгілі триоза фосфат изомераздарында сақталған. Триоза фосфат изомеразаның құрылымы оның функциясына ықпал етеді. Энедиолды қалыптастыру үшін дәл орналасқан глутамат және гистидин қалдықтарынан басқа, TPI-нің он немесе он бір аминқышқыл тізбегі аралық өнімді тұрақтандыру үшін цикл ретінде әрекет етеді. 166-дан 176-ға дейінгі қалдықтардан құралған цикл жабылып, субстраттың фосфат тобымен сутекті байланыс жасайды. Бұл әрекет эндиол аралық және реакция жолындағы басқа өтпелі күйлерді тұрақтандырады. Жоғары энергиялы фосфат байланысының жоғалуы және қалған гликолиз үшін субстраттың жетіспеуі метилглиоксалдың пайда болуын тиімсіз етеді. Зерттеулер белсенді орынға жақын лизиннің (12-орын) фермент функциясы үшін маңызды екенін көрсетеді. Физиологиялық pH-де протондалған лизин фосфат тобының теріс зарядын бейтараптандыруға көмектесуі мүмкін. Лизин қалдығы бейтарап аминқышқылымен ауыстырылған кезде TPI барлық функциясын жоғалтады, бірақ басқа оң зарядталған аминқышқылы бар варианттар кейбір функцияларын сақтайды.