Кіріспе

Транскетолаза (қысқаша TK) – адамда TKT генімен кодталатын фермент. Ол барлық организмдердегі пентоза фосфат жолына және фотосинтездің Кальвин циклына қатысады. Транскетолаза осы екі жолда қарама-қарсы бағытта өтетін екі маңызды реакцияны катализдейді. Окистендіргіш емес пентоза фосфат жолының бірінші реакциясында тиамин дифосфаты кофакторы 5 көміртекті кетозадан (D-ксилулоза 5 P) 2 көміртекті фрагментті қабылдап, осы фрагментті 5 көміртекті альдозаға (D-рибоза 5 P) 7 көміртекті кетозаны (седогептулоза 7 P) түзету үшін ауыстырады. D-ксилулоза 5 P-ден екі көміртекті бөліп алу 3 көміртекті альдоза – глицеральдегид 3 P-ні тудырады. Кальвин циклында транскетолаза кері реакцияны катализдейді, нәтижесінде седогептулоза 7 P және глицеральдегид 3 P пентозаларға, яғни альдоза D-рибоза 5 P және кетоза D-ксилулоза 5 P-ге айналады. Пентоза фосфат жолында транскетолаза катализдейтін екінші реакцияда тиамин дифосфатының қатысуымен 2 көміртекті фрагмент D-ксилулоза 5 P-ден альдоза эритроза 4 фосфатына беріліп, фруктоза 6 фосфаты мен глицеральдегид 3 P түзіледі. Кальвин циклында да дәл осы реакция, бірақ кері бағытта жүреді. Атап айтқанда, Кальвин циклында бұл транскетолаза катализдейтін бірінші реакция, екінші емес. Сүтқоректілерде транскетолаза пентоза фосфат жолын гликолизге байланыстырып, артық қант фосфаттарын негізгі көмірсулар метаболизміне жібереді. Оның болуы NADPH өндірісі үшін қажет, әсіресе биосинтез процесіне белсенді қатысатын тіндерде, мысалы, бауыр мен сүт бездеріндегі май қышқылдарының синтезі және бауыр мен бүйрек үсті бездеріндегі стероидтардың синтезі үшін. Тиамин дифосфаты кальциймен бірге маңызды кофактор болып табылады. Транскетолаза сүтқоректілердің мүйіз қабығында стромальды кератоциттер мен эпителий жасушаларында көп мөлшерде экспрессияланады және мүйіз қабығының кристаллиндерінің бірі саналады.

Құрылымы

Бұл ферменттің белсенді орнына кіруі негізінен бірнеше аргинин, гистидин, серин және аспартат қосалқы тізбектерінен тұрады, ал глютамат қосалқы тізбек екінші рөл атқарады. Атап айтқанда, Арг359, Арг528, His469 және Ser386 тізбектері әрбір транскетолаза ферментінде сақталады және донорлық және акцепторлық субстраттардың фосфат тобымен өзара әрекеттеседі. Субстрат арнасы өте тар болғандықтан, донорлық және акцепторлық субстраттар бір уақытта байланыса алмайды. Сонымен қатар, субстраттар белсенді орында байланысқанда осы тар арнаға сәйкес келу үшін сәл созылған түріне келеді. Бұл фермент фосфорилденген және фосфорилденбеген моносахаридтер сияқты, фруктоза, рибоза және т.б. кето және альдосахаридтер сияқты көптеген субстраттарды байланыстыра алады, бірақ қанттардың гидроксил тобының стереоконфигурациясына жоғары селективті. Альдоза акцепторының C1 және C2 позицияларына дұрыс сәйкес келуі үшін кетоза донорының C3 және C4 гидроксил тобы D-трео конфигурациясында болуы керек. Сонымен қатар, олар Asp477, His30 және His263 қалдықтарымен өзара әрекеттесу арқылы белсенді орындағы субстратты тұрақтандырады. Осы конфигурацияның бұзылуы, гидроксил тобының орналасуы немесе стереохимиясы, қалдықтар мен субстраттар арасындағы сутекті байланысты өзгертіп, субстраттарға деген туыстықты азайтады. Бұл жолдың бірінші жартысында His263 C3 гидроксил протонын тиімді бөліп алу үшін қолданылады, бұл фруктоза-6-фосфатынан 2 көміртек сегментін ажыратуға мүмкіндік береді. Бұл қадамды жүзеге асыру үшін қажетті кофактор тиамин пирофосфаты (ТПФ) болып табылады. ТПФ-тың ферментке байланысуы ферменттің конформациясын айтарлықтай өзгертпейді; керісінше, ферменттің белсенді орнында екі иілгіш цикл бар, олар ТПФ-ты қолжетімді етеді және байланысуға мүмкіндік береді. Вернике-Корсаков синдромы және басқалары (толық тізім үшін тиаминге қараңыз). Вернике-Корсаков синдромында, ешқандай мутациялар анықталмағанмен, тиамин тапшылығы тек тиаминге аффинитеті төмен транскетолазасы бар адамдарда Вернике-Корсаков синдромына әкелетінін көрсететін деректер бар. Осылайша транскетолазаның белсенділігі күрт төмендейді, нәтижесінде пентоза фосфат жолы толығымен тежеледі. Транскетолаза тапшылығы, сондай-ақ SDDHD (қысқа бойлылық, дамудың кешігуі және туа біткен жүрек ақаулары) ретінде белгілі, TKT геніндегі тұқым қуалайтын аутосомдық рецессивті мутациядан туындайды. Бұл петоза фосфат метаболизмінің сирек кездесетін бұзылысы, оның белгілері нәресте кезінде байқалады, соның ішінде дамудың кешігуі және зиякерлік қабілетінің төмендеуі, сөйлеудің кешігуі немесе болмауы, бойшаңдық және туа біткен жүрек ақаулары. Қосымша сипаттамаларға гипотония, гиперактивтілік, стереотиптік мінез-құлық, офтальмологиялық бұзылыстар, есту қабілетінің нашарлауы және бет пішінінің өзгеруі жатады. Зертханалық талдаулар плазмадағы және зәрдегі полиолдардың (эритрит, арабит және риботол) және зәрдегі қант фосфаттарының (рибоза-5-фосфат және ксилулоза/рибулоза-5-фосфат) деңгейінің жоғары екенін көрсетеді. "Барлық 5 науқастың жасуша экстракттерінде TKT белсенділігі болмады немесе төмен болды. Бойл және авторлар (2016) кейбір тіндердегі TKT белсенділігінің төмендігі, мүмкін, басқа бірдей функциясы бар ақуызға байланысты болуы мүмкін екенін, TKT тапшылығының өмірмен үйлесімді болуын түсіндіреді, тіпті TKT маңызды фермент болса да".

Диагностикалық қолдану

Қызыл қан клеткаларының транскетолаза белсенділігі тиамин (В1 витамині) жетіспеушілігінде төмендейді және диагноз күмәнді болған жағдайда Верникке энцефалопатиясы және басқа да В1 витамині жетіспеушілігі синдромдарын анықтауда қолданылуы мүмкін. Ферменттің бастапқы белсенділігі (жетіспеушілік күйінде де қалыпты болуы мүмкін) ескерілгеннен бөлек, тиамин пирофосфатын қосудан кейін фермент белсенділігінің артуы тиамин жетіспеушілігін көрсетеді (0-15% - қалыпты, 15-25% - жетіспеушілік, >25% - ауыр жетіспеушілік).