Кіріспе
Липоксигеназалар (LOX) - (гем емес) темір құрамында ферменттер, атап айтқанда окистендіруші ферменттер, олардың көпшілігі цис, цис 1,4 пентадиенді құрайтын липидтердегі көп қанықпаған май қышқылдарының диоксигендеуін катализациялайды. Липоксигеназалар бір-бірімен ұқсас генетикалық құрылымы мен диоксигендеу белсенділігі негізінде туыс. Алайда, бір липоксигеназа, ALOXE3, липоксигеназаның генетикалық құрылымына ие болғанымен, диоксигендеу белсенділігі салыстырмалы түрде аз; оның негізгі қызметі гидропероксилік қанықпаған май қышқылдарының 1,5-эпоксидтік, гидроксилдік туындыларына айналуын катализдейтін изомераза ретінде көрінеді. Липоксигеназалар эукариоттарда (өсімдіктер, саңырауқұлақтар, жануарлар, протестер) кездеседі; жер бетіндегі тіршіліктің үшінші доманы, археялар, липоксигеназаларға аздап (~ 20%) аминқышқылдар реттілігімен ұқсас ақуыздарға ие болса, бұл ақуыздарда темірге байлау қалдықтары жоқ, сондықтан липоксигеназа белсенділігі жоқ деп болжанады.
Биологиялық қызметі және жіктелуі
Бұл ферменттер өсімдіктерде жиі кездеседі, олар өсімдік физиологиясының көптеген аспектілеріне, соның ішінде өсім мен дамуға, зиянкестерге төзімділікке және қартаюға немесе жарақаттануға жауап беруге қатысы болуы мүмкін. Сүтқоректілерде липоксигеназалардың бірнеше изоэнзимі эикозаноидтардың (мысалы, простагландиндар, лейкотриендер және классикалық емес эикозаноидтар) метаболизміне қатысады. Келесі липоксигеназалар бойынша реттілік деректері бар:
Өсімдік липоксигеназалары
Өсімдіктер әр түрлі цитозольді липоксигеназаларды (;), сондай-ақ хлоропласт изоферментін экспрессиялайды. Өсімдік липоксигеназалары гидропероксид лизаларымен бірге көптеген хош иісті және басқа да сигналды қосылыстарды жасайды. Мысалы, жаңа кесілген шөптің иісі.
Адамдағы липоксигеназалар
10q11.2 хромосомасында орналасқан 5 LOX (ALOX5) кодтайтын генді қоспағанда, барлық алты адам LOX гендері 17. p13 хромосомасында орналасқан және 662711 амин қышқылдарынан тұратын 7581 килодальтондық бір тізбекті ақуызды кодтайды. сүтқоректілердің LOX гендері 14 (ALOX5, ALOX12, ALOX15, ALOX15B) немесе 15 (ALOX12B, ALOXE3) эксонды қамтиды, эксон/интрондар шекарасы өте сақталған орындарда. Адамның 6 липоксигеназасы және олардың кейбір негізгі өнімдері, сондай-ақ олардың генетикалық аурулармен байланысы мынадай: Арахидонат 5 липоксигеназа (ALOX5) (; ), сонымен қатар 5 липоксигеназа, 5 LOX және 5 LO деп аталады. Негізгі өнімдері: арахидон қышқылын 5 гидропероксиэикостетреоикалық қышқылға (5 HpETE) айналдырады, ол 1) 5 гидроксиикозатетраеноикалық қышқылға (5 HETE) және одан кейін 5 оксоэикозатетраеноикалық қышқылға (5 оксо ETE) айналады, 2) лейкотриен А4 (LTA4), ол кейін лейкотриен B4 (LTB4) немесе лейкотриен C4 (LTC4) болып айналуы мүмкін (LTC4 одан әрі лейкотриен D4 [LTD4] және одан кейін лейкотриен E4 [LTE4] метаболизбен айналуы мүмкін) немесе 3) ALOX15-пен қатар әрекет етіп, арнайы прорезолюциялық медиаторларға, липоксиндер А4 және В4 дейін айналады. ALOX5 сонымен қатар 5 қос байланысты (яғни 5 HEPE, 5 oxo EPE, LTB5, LTC5, LTD5 және LTE5) құрайтын метаболиттер жиынтығына, арахидон қышқылының 4 қос байланысты метаболиттерінен айырмашылығы, эикозапентаеной қышқылын метаболиттер жиынтығына метаболизмге айналдырады. Фермент басқа липоксигеназа, циклооксигеназа немесе цитохром P450 ферменттерімен қатар әрекет еткенде, эикозапентаеной қышқылының Е сериялы резюльвиндерге (қараңыз) және доксогексаеной қышқылының D сериялы резюльвиндерге (қараңыз) метаболизміне ықпал етеді. Бұл резюльвиндар сондай-ақ арнайы резюльвируші медиаторлар ретінде жіктеледі. Арахидонат 12 липоксигеназа (ALOX12) (; ), 12 липоксигеназа, тромбоциттік типтегі тромбоциттік липоксигеназа (немесе 12 липоксигеназа, тромбоциттік тип) 12 LOX және 12 LO деп те аталады. Ол арахидон қышқылын 12 гидропероксийоксатетреоид қышқылына (12 HpETE) метаболизмге айналдырады, ол одан әрі 12 гидроксииоксатетреоид қышқылына (12 HETE) немесе әртүрлі гепоксилиндерге (сонымен қатар 12 гидроксииоксатетреоид қышқылын қараңыз) метаболизмге айналады. Арахидонат 15- липоксигеназа 1 (ALOX15) (; ), сонымен қатар 15 липоксигеназа 1, эритроциттік типтегі 15 липоксигеназа (немесе 15 липоксигеназа, эритроциттік тип), ретикулоциттік типтегі 15 липоксигеназа (немесе 15 липоксигеназа, ретикулоциттік тип), 15 LO 1 және 15 LOX 1 деп аталады. Ол арахидон қышқылын негізінен 1) 15 гидропероксиеокатетреноин қышқылына (15 HpETE) метаболизмге айналдырады, ол одан әрі 15 гидроксиикозатетреноин қышқылына (15 HETE) метаболизмге айналады, сонымен қатар 2) 12 гидроксиикозатетреноин қышқылына (12 HpETE) одан әрі 12 гидроксиикозатетреноин қышқылына және мүмкін гепоксилиндерге метаболизмге айналады. ALOX15 линол қышқылын арахидон қышқылына қарағанда артық көреді, линол қышқылын 12 гидропероксиоктадекаеной қышқылына (13 HpODE) метаболизмге айналдырады, ол одан әрі 13 гидроксиоктадекадиеной қышқылына (13 HODE) метаболизмге айналады. ALOX15 липопротеиндердегі фосфолипидтерге және/ немесе холестеринге, яғни холестерин эфирлеріне этерияланған көп қанықпаған май қышқылдарын метаболизмге айналдыра алады. Бұл қасиет, арахидон қышқылын 12 HpETE және 15 HpETE метаболизінде екі түрлі ерекшелігімен бірге, тышқанның Alox15-мен ұқсас және екі ферментті де 12/15 липоксигеназа деп атауға әкелді. Арахидонат 15- липоксигеназа II (ALOX15B) типті, сонымен қатар 15 липоксигеназа 2, 15 LOX 2 және 15 LOX 2 деп аталады. Ол арахидон қышқылын 15 гидропероксиэикозатетраеной (15 HpETE) қышқылына метаболизмге айналдырады, ол одан әрі 15 гидроксиэикозатетраеной қышқылына метаболизмге айналады. ALOX15B арахидон қышқылын 12 гидропероксеиокозатетраеной қышқылына (12 (HpETE)) метаболизмге аз немесе мүлдем алмастыра алмайды және линоль қышқылын 13 гидропероксиоктадекаеной қышқылына (13 HpODE) метаболизмге өте аз қабілетті. Арахидонат 12 липоксигеназа, 12R түрі (ALOX12B), сондай- ақ 12R липоксигеназа, 12R LOX және 12R LO деп аталады. Ол арахидоникалық қышқылды 12R гидроксиэикозатетраеной қышқылына метаболизмге айналдырады, бірақ бұл тек төмен каталитикалық белсенділікпен ғана жүзеге асырылады; оның физиологиялық жағынан ең маңызды субстраты - өте ұзақ тізбекті (16 34 көміртегі) омега гидроксил май қышқылы бар сфингозин, ол карбокси аяғында сфингозиннің sn 2 азотпен амидтік байланыста және омега гидроксил аяғында линол қышқылына эфирлендірілген. Тері эпидермалық жасушаларында ALOX12B осы омега гидроксиацил сфингозин (EOS) - дегі линолеатты 9R ...
Arachidonate 5 lipoxygenase (ALOX5) (; ), also termed 5 lipoxygenase, 5 LOX, and 5 LO. Major products: it metabolizes arachidonic acid to 5 hydroperoxy eicostetraeoic acid (5 HpETE) which is converted to 1) 5 hydroxyicosatetraenoic acid (5 HETE) and then to 5 oxo eicosatetraenoic acid (5 oxo ETE), 2) leukotriene A4 (LTA4) which may then be converted to leukotriene B4 (LTB4) or leukotriene C4 (LTC4) (LTC4 may be further metabolized to leukotriene D4 [LTD4] and then to leukotriene E4 [LTE4]), or 3) acting in series with ALOX15, to the specialized pro resolving mediators, lipoxins A4 and B4. ALOX5 also metabolizes eicosapentaenoic acid to a set of metabolites that contain 5 double bounds (i. e. 5 HEPE, 5 oxo EPE, LTB5, LTC5, LTD5, and LTE5) as opposed to the 4 double bond containing arachidonic acid metabolites. The enzyme, when acting in series with other lipoxygenase, cyclooxygenase, or cytochrome P450 enzymes, contributes to the metabolism of eicosapentaenoic acid to E series resolvins (see ) and of docosahexaenoic acid to D series resolvins (see ). These resolvins are also classified as specialized pro resolving mediators. Arachidonate 12 lipoxygenase (ALOX12) (; ), also termed 12 lipoxygenase, platelet type platelet lipoxygenase (or 12 lipoxygenase, platelet type) 12 LOX, and 12 LO. It metabolizes arachidonic acid to 12 hydroperoxyeiocsatetraeoic acid (12 HpETE) which is further metabolized to 12 hydroxyeicosatetraenoic acid (12 HETE) or to various hepoxilins (also see 12 hydroxyeicosatetraenoic acid). Arachidonate 15 lipoxygenase 1 (ALOX15) (; ), also termed 15 lipoxygenase 1, erythrocyte type 15 lipoxygenase (or 15 lipoxygenase, erythrocyte type), reticulocyte type 15 lipoxygenase (or 15 lipoxygenase, reticulocyte type), 15 LO 1, and 15 LOX 1. It metabolizes arachidonic acid principally to 1) 15 hydroperoxyeiocatetraenoic acid (15 HpETE) which is further metabolized to 15 hydroxyicosatetraenoic acid (15 HETE) but also to far smaller amounts of 2) 12 hydroperoxyeicosatetraenoic acid (12 HpETE) which is further metabolized to 12 hydroxyeicosatetraenoic acid and possibly the hepoxilins. ALOX15 actually prefers linoleic acid over arachidonic acid, metabolizing linoleic acid to 12 hydroperoxyoctadecaenoic acid (13 HpODE) which is further metabolized to 13 hydroxyoctadecadienoic acid (13 HODE). ALOX15 can metabolize polyunsaturated fatty acids that are esterified to phospholipids and/or to the cholesterol, i. e. cholesterol esters, in lipoproteins. This property along with its dual specificity in metabolizing arachidonic acid to 12 HpETE and 15 HpETE are similar to those of mouse Alox15 and has led to both enzymes being termed 12/15 lipoxygenases. Arachidonate 15 lipoxygenase type II (ALOX15B), also termed 15 lipoxygenase 2, 15 LOX 2, and 15 LOX 2. It metabolizes arachidonic acid to 15 hydroperoxyeicosatetraenoic (15 HpETE) which is further metabolized to 15 hydroxyicosatetraenoic acid. ALOX15B has little or no ability to metabolize arachidonic acid to 12 hydroperoxeiocosatetraenoic acid (12 (HpETE) and only minimal ability to metabolize linoleic acid to 13 hydroperoxyoctadecaenoic acid (13 HpODE). Arachidonate 12 lipoxygenase, 12R type (ALOX12B), also termed 12R lipoxygenase, 12R LOX, and 12R LO. It metabolizes arachidonic acid to 12R hydroxyeicosatetraenoic acid but does so only with low catalytic activity; its most physiologically important substrate is thought to be a sphingosine which contains a very long chain (16 34 carbons) omega hydroxyl fatty acid that is in amide linkage to the sn 2 nitrogen of sphingosine at its carboxy end and esterified to linoleic acid at its omega hydroxyl end. In skin epidermal cells, ALOX12B metabolizes the linoleate in this esterified omega hydroxyacyl sphingosine (EOS) to its 9R hydroperoxy analog. Inactivating mutations of ALOX12B are associated with the human skin disease, autosomal recessive congenital ichthyosiform erythroderma (ARCI). Epidermis type lipoxygenase (ALOXE3), also termed eLOX3 and lipoxygenase, epidermis type. Unlike other lipoxygenases, ALOXE3 exhibits only a latent dioxygenase activity. Rather, its primary activity is as a hydroperoxide isomerase that metabolizes certain unsaturated hydroperoxy fatty acids to their corresponding epoxy alcohol and epoxy keto derivatives and thereby is also classified as a hepoxilin synthase. While it can metabolize 12S hydroperoxyeicosatetraenoic acid (12S HpETE) to the R stereoisomers of hepoxilins A3 and B3, ALOXE3 favors metabolizing R hydroperoxy unsaturated fatty acids and efficiently converts the 9(R) hydroperoxy analog of EOS made by ALOX15B to its 9R(10R),13R trans epoxy 11E,13R and 9 keto 10E,12Z EOS analogs. In particular, mouse Alox15, unlike human ALOX15, metabolizes arachidonic acid mainly to 12 HpETE and mouse Alox15b, in contrast to human ALOX15b, is primarily an 8 lipoxygenase, metabolizing arachdionic acid to 8 HpETE; there is no comparable 8 HpETE forming lipoxygenase in humans. Alox5 appears to be similar in function to human ALOX5. Alox12 differs from human ALOX12, which preferentially metabolizes arachidonic acid to 12 HpETE but also to substantial amounts of 15 HpETE, in that metabolizes arachidonic acid almost exclusively to 12 HpETE. Alox15 (also termed leukocyte type 12 Lox, 12 Lox l, and 12/15 Lox) differs from human ALOX15, which under standard assay conditions metabolizes arachidonic acid to 15 HpETE and 12 HpETE products in an 89 to 11 ratio, metabolizes arachidonic acid to 15 Hpete and 12 HpETE in a 1 to 6 ratio, i. e. its principal metabolite is 12 HpETE. Also, human ALOX15 prefers linoleic acid over arachidonic acid as a substrate, metabolizing it to 13 HpODE while Alox15 has little or no activity on linoleic acid. Alox15 can metabolize polyunsaturated fatty acids that are esterified to phospholipids and cholesterol (i. e. cholesterol esters). This property along with its dual specificity in metabolizing arachidonic acid to 12 HpETE and 15 HpETE are similar to those of human ALOX15 and has led to both enzymes being termed 12/15 lipoxygenases. Alox15b (also termed 8 lipoxygenase, 8 lox, and 15 lipoxygenase type II), in contrast to ALOX15B which metabolizes arachidonic acid principally to 15 HpETE and to a lesser extent linoleic acid to 13 HpODE, metabolizes arachidonic acid principally to 8S HpETE and linoleic acid to 9 HpODE. Alox15b is as effective as ALOX5 in metabolizing 5 HpETE to leukotrienes. Alox12e (12 Lox e, epidermal type 12 Lox) is an ortholog to the human ALOX12P gene which has suffered damaging mutations and is not expressed. ALox12e prefers methyl esters over non esterified polyunsaturated fatty acid substrates, metabolizing linoleic acid ester to its 13 hydroperoxy counterpart and to a lesser extent arachidonic acid ester to its 12 hydroperoxy counterpart. Alox12b (e LOX2, epidermis type Lox 12) appears to act similarly to ALOX12B to metabolize the linoleic acid moiety of EOS to its 9R hydroperoxy counterpart and thereby contribute to skin integrity and water impermeability; mice depleted to Alox12b develop a severe skin defect similar to Congenital ichthyosiform erythroderma. Unlike human ALOX12B which cam metabolize arachidonic acid to 12R HETE at a low rate, Alox12b does not metabolize arachidonic acid as free acid but dose metabolize arachidonic acid methyl ester to its 12R hydroperoxy counterpart. Aloxe3 (epidermis type Lox 3, eLox3) appears to act similarly to ALOXe3 in metabolizing the 9R hydoperoxy linoleate derivative of EOS to its epoxy and keto derivatives and to be involved in maintaining skin integrity and water impermeability. AloxE3 deletion leads to a defect similar to congenital ichthyosiform erythroderma.
3D құрылым
Липоксигеназаның бірнеше құрылымдары бар, соның ішінде: соя липоксигеназасы L1 және L3, коралл 8 липоксигеназасы, адам 5 липоксигеназасы, қоян 15 липоксигеназасы және шошқа лейкоциттері 12 липоксигеназасы каталитикалық домені. Белдік шағын N терминалды PLAT доменінен және белсенді сайтты қамтитын ірі C терминалды каталитикалық доменнен тұрады (Pfam деректер қорын қараңыз). Өсімдіктердегі де, сүтқоректілердегі де ферменттерде N терминалды доменде сегіз сақиналы антипаралельді β баррелі бар, бірақ соя липоксигеназаларында бұл домен қоян ферментінен әлдеқайда үлкен. Өсімдік липоксигеназалары ферменттік жолмен екі фрагментке бөлінуі мүмкін, олар фермент белсенді болып қала берген кезде тығыз байланыста болады; екі доменнің бөлінуі каталитикалық белсенділіктің жоғалуына әкеледі. C терминалды (каталистік) домен 18 22 спиральдан және бір (қоян ферментінде) немесе екі (соя ферментінде) антипаралельді β табақтардан тұрады.
Белсенді сайт
Липоксигеназалардағы темір атомы төрт лигандпен байланысады, олардың үшеуі гистидин қалдықтары. Барлық липоксигеназа тізбектерінде алты гистидин сақталады, олардың бесеуі 40 амин қышқылының бір бөлігінде топталған кездеседі. Бұл аймақта цинк лигандының үшінің екеуі бар; басқа гистидиндар липоксигеназалардың белсенділігі үшін маңызды екені дәлелденді. Екі ұзын орталық спираль белсенді сайтта қиылысады; екі спиральда да белсенді сайттың теміріне үш гистидин (His) лигандын беретін π спиральдің ішкі созылулары бар. Соя липоксигеназасының 1 негізгі доменіндегі екі қуыс (I және II қуыстар) бетінен белсенді орынға дейін созылады. I түтік тәрізді қуыс диоксиген арнасы ретінде жұмыс істей алады; II ұзын тар қуыс - бұл субстрат қалтасы. Емшектердегі энзимдердің ең кішкентайы тек бір аяқ киім пішінді қуысы бар (ІІ қуыс). Соя липоксигеназасы 3 ферментте темірден β-барель мен каталитикалық домендердің арасына дейін жүретін үшінші қуыс бар. ІІІ қуысы, темір орны және ІІ қуысы ақуыз молекуласының бойымен үздіксіз өтуін құрайды. Белсенді темірдің Nε үш сақталған His қалдықтары мен C-терминал карбоксил тобының бір оттегімен үйлестіріледі. Сонымен қатар, соя ферменттерінде аспарагиннің бүйірлік тізбектегі оттегі темірмен әлсіз байланыста болады. Қоян липоксигеназасында бұл Asn қалдықты His алмастырады, ол Nδ атомы арқылы темірді үйлестіреді. Осылайша, темірдің координациялық саны бес немесе алты, ал гидроксилдік немесе су лиганды гексакоординат темірге тең. Липоксигеназаның белсенді орны туралы мәліметтер шошқалар лейкоциттерінің 12 липоксигеназа каталитикалық домен кешенінің құрылымында анықталды. Бұл арна көп есептеулерсіз арахидон қышқылын қабылдай алады, липоксигеназа реакциясы үшін субстратты байлау детальдарын анықтайды. Сонымен қатар, субстратты байлау арнасын қиып, ақуыздың бетіне дейін созылған ықтимал кіру арнасын оттегі жолы үшін есептеуге болады.