Кіріспе
Гликолиздің метаболизмі жолының ферменті.
Глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа (қысқартылған GAPDH) – шамамен 37 кДа болатын фермент, ол гликолиздің алтыншы қадамын катализдейді, соның арқасында глюкоза энергия мен көміртектік молекулаларға ыдырайды. Бұл ұзақ жылдар бойы белгілі болған метаболизмілік функциясынан өзге, GAPDH жақында бірнеше метаболизмілік емес процестерге қатысты екені анықталды, олардың ішінде транскрипцияны белсендіру, апоптозды бастау, эндоплазмалық ретикулумнан (ER) Гольджи аппаратына көпіршіктерді тасымалдау және жылдам аксоналдық немесе аксоплазмалық тасымалдау. Сперматозоидтарда тестиске тән GAPDHS изоферменті экспрессияланады.
Құрылымы
Қалыпты жасуша жағдайында цитоплазмалық GAPDH негізінен тетрамер түрінде кездеседі. Бұл форма ферменттің катализдік функциясы үшін өте маңызды, әрқайсысы бір катализдік тиолдық тобын қамтитын төрт бірдей 37 кДа кіші бірліктен тұрады. Ядролық GAPDH-тың изоэлектрлік нүктесі (pI) 8.3–8.7 рН-ға дейін жоғарылайды.
Метаболистік
Аты айтып тұрғандай, глицеральдегид-3 фосфат дегидрогеназасы (GAPDH) глицеральдегид-3 фосфатын D глицерат-1,3 бифосфатына айналдыруды катализдейді. Бұл глюкозаның гликолиттік ыдырауының алтыншы қадамы, эукариоттық жасушалардың цитозолында өтетін маңызды энергия және көміртек молекулаларын қамтамасыз ету жолы. Айналу екі байланысты қадамда жүзеге асады. Бірінші қадам артықшылықты, осының арқасында екінші, артықшылықсыз қадам орындалады.
Тіркелу
GAPDH-нің көп қырлы функцияларының бірі – оның жабысу және басқа да әріптестермен байланысудағы рөлі. Микоплазма және стрептококк бактерияларының GAPDH, сондай-ақ Paracoccidioides brasiliensis саңырауқұлағының GAPDH адамның жасушадан тыс матрицасының құрауымен байланысып, жабысу процесіне қатысады екені белгілі. GAPDH беткейге бекіген күйде табылып, жабысуға және зиянды патогендерді ығыстыруға көмектеседі. Candida albicans-тан алынған GAPDH жасуша қабырғасымен байланысты болып, фибронектин және ламининмен әрекеттеседі. Пробиотиктер түрлерінен алынған GAPDH адам ішегінің муцинімен және жасушадан тыс матрицамен (ECM) байланысады, нәтижесінде адам ішегінде пробиотиктердің жақсырақ қоныстануына жағдай жасалады. Патель Д. және авторлар тобы Lactobacillus acidophilus GAPDH муцинмен байланысып, жабысу арқылы әрекет ететінін көрсетті.
Транскрипция және апоптоз
GAPDH өзі транскрипцияны белсендіре алады. OCA S транскрипциялық коактиватор кешеніне GAPDH және лактат дегидрогеназа кіреді, бұрын осы екі ақуыздың тек метаболизмге қатысқаны есептелген. GAPDH цитозоль мен ядро арасында қозғалып, метаболизмдік жағдайды ген транскрипциясына байланыстыруы мүмкін. 2005 жылы Хара және авторлар тобы GAPDH апоптозды бастайтынын көрсетті. Бұл үшінші функция емес, аталған транскрипцияны белсендіру сияқты, GAPDH-ның ДНК-ға байланысу арқылы жүзеге асырылатын қызметі ретінде қарастырылуы мүмкін. Зерттеу көрсеткендей, жасуша стресіне жауап ретінде GAPDH NO арқылы S-нитрозилденеді, бұл оның убиквитин лигазасы SIAH1 ақуызына байланысуына себеп болады. Бұл кешен ядроға өтеді, онда Siah1 ядролық ақуыздарды деградацияға бағыттайды, осылайша жасушаның бақыланатын тоқтатылуын қамтамасыз етеді. Кейінгі зерттеуде бұл топ Паркинсон ауруын емдеу үшін клиникалық түрде қолданылатын депренилдің GAPDH-ның апоптотикалық әсерін оның S-нитрозиленуін болдырмау арқылы күрт төмендетіп, оны дәрі ретінде пайдалануға болатынын көрсетті.
Метаболистік ауыстырғыш
GAPDH окисдену стресі кезінде қайтымды метаболиздік қосқыш ретінде әрекет етеді. Жасушалар тотықтырғыштарға ұшырағанда, оларға антиоксидантты кофактор NADPH-тың аса көп мөлшері қажет болады. Цитозолда NADPH бірнеше ферменттердің көмегімен NADP+-дан тотығып кешіріледі, олардың үшеуі пентоза фосфат жолының бастапқы қадамдарын катализдейді. Тотықтырғыш әсерлер GAPDH-тың белсенділігін төмендетеді. Бұл белсенділіксіздендіру метаболиздік ағынды гликолизден пентоза фосфат жолына уақытша бағыттап, жасушаға көбірек NADPH өндіруге мүмкіндік береді. Стресс жағдайында NADPH кейбір антиоксиданттық жүйелерге, оның ішінде глютаредоксин мен тиоредоксинге қажет, сондай-ақ глутатионды қайта өңдеу үшін өте маңызды.
ЭР-Голги тасымалы
GAPDH эндоплазмалық тордан (ER) Голги аппаратына везикулалардың тасымалына да қатысады, бұл секрецияланатын ақуыздарды тасымалдау жолының бір бөлігі. GAPDH rab2 арқылы ER-дің тұнбалы түтікшелі кластерлеріне тартылатыны анықталды, онда ол COP 1 везикулаларын қалыптастыруға көмектеседі. GAPDH Src-нің тирозин фосфорилирлеуі арқылы белсендіріледі.
Қосымша функциялар
GAPDH, көптеген басқа ферменттер сияқты, бірнеше функцияларды атқарады. Гликолиздің 6-шы қадамын катализдеуден басқа, жақындағы зерттеулер GAPDH-ті басқа жасушалық процестерге қатыстырады. GAPDH жасушалық темір гомеостазын сақтауда жоғары деңгейдегі көп функциялылық көрсетеді, әсіресе жасуша ішіндегі тұрақсыз гемо үшін шаперон ақуызы ретінде. Бұл зерттеушілерді таңқалдырды, бірақ эволюциялық тұрғыдан қарағанда, жаңадан белокты жасаудың орнына, қолданыстағы белоктарды қайта пайдалану және бейімдеудің мағынасы бар.
Жүктелуді басқару ретінде пайдалану
GAPDH гені көбінесе көптеген тіндер мен жасушаларда тұрақты және конститутивті түрде жоғары деңгейде экспрессияланатындықтан, ол «үй шаруашылығының» гені деп есептеледі. Осы себепті, биологиялық зерттеушілер GAPDH-ті вестерн блотте жүктеме бақылауы ретінде және qPCR-да бақылау ретінде жиі пайдаланады. Дегенмен, зерттеушілер белгілі бір жағдайларда GAPDH экспрессиясының өзгеше реттелуін байқаған. Мысалы, транскрипциялық фактор MZF1 GAPDH генін реттеуге қабілетті. Гипоксия да GAPDH экспрессиясын күрт арттырады. Сондықтан, GAPDH-ті жүктеме бақылауы ретінде қолдануды сақтап қарастыру қажет.
Ұяшықтардың таралуы
Гликолиздің барлық сатылары цитозолда өтеді, және GAPDH катализдейтін реакция да солай. Қызыл қан жасушаларында GAPDH және бірнеше басқа гликолиттік ферменттер жасуша мембранасының ішкі бетінде кешендер құрайды. Бұл процесс фосфорилирлеу және оттектік тотығу арқылы реттеледі. Бірнеше гликолиттік ферментті бір-біріне жақын орналастыру глюкозаның жалпы ыдырау жылдамдығын едәуір арттыруы күтіледі. Соңғы зерттеулер GAPDH жасуша мембранасының сыртында, темірге тәуелді түрде экспрессияланатынын және жасушалық темір гомеостазын сақтауда маңызды рөл атқаратынын көрсетті.
Қатерлі ісік
GAPDH адамның көптеген қатерлі ісіктерінде, мысалы, терідегі меланомада, артық өрнектеледі және оның өрнектелуі ісіктің дамуымен тікелей байланысты. Оның гликолиздік және апоптозға қарсы функциялары ісік жасушаларының көбеюіне және қорғалуына көмектеседі, соның нәтижесінде ісік пайда болады. Атап айтқанда, GAPDH сфинголипид керамидін стимуляциялайтын химиотерапиялық препараттардың салдарынан болатын теломерлердің қысқаруынан қорғайды. Алайда, оксидативтік стресс сияқты жағдайлар GAPDH функциясын нашарлатады, бұл жасушалардың қартаюына және өліміне алып келеді.
Нейродегенерация
GAPDH бірнеше нейродегенеративті аурулар мен тәртіпсіздіктерге қатысты деп есептеледі, көбінесе осы ауруға немесе тәртіпсіздікке тән басқа ақуыздармен өзара әрекеттесу арқылы. Бұл өзара әрекеттесулер энергия метаболизміне ғана емес, сонымен қатар GAPDH-тың басқа да функцияларына әсер етуі мүмкін. GAPDH генінің 5' UTR аймағындағы rs3741916 SNP кеш пайда болатын Альцгеймер ауруымен байланысты болуы мүмкін.