Кіріспе
Ферменттер класы Гликозильтрансферазалар (ГТФ, ГТФ) - табиғи гликозидті байланыстарды орнатушы ферменттер (ЕК 2.4). Олар сахаридтер бөлігінің белсендірілген нуклеотидтік қанттан (сонымен қатар "гликозил доноры" деп те аталады) нуклеофилді гликозил қабылдағыш молекуласына көшіруін катализдейді, оның нуклеофилі оттегі, көміртек, азот немесе күкірт негізінде болуы мүмкін. Гликозильді көшірудің нәтижесі көмірсутек, гликозид, олигосахарид немесе полисахарид болуы мүмкін. Кейбір гликозильтрансферазалар органикалық емес фосфатқа немесе суға берілуді катализдейді. Гликозилді белдік қалдықтарына, әдетте тирозинге, серинге немесе треонинге O- байланысты гликопротеиндер немесе аспарагинге N- байланысты гликопротеиндер беру үшін беруі мүмкін. Маннозил топтары триптофанға көшіріліп, эукариоттарда салыстырмалы түрде көп кездесетін C маннозил триптофанды алады. Трансферазалар липидтерді акцептор ретінде, гликолипидтерді қалыптастыра отырып, тіпті липидті байланысты қант фосфаты донорларын, мысалы, эукариоттық организмдегі долихол фосфаттарын немесе бактериялардағы ундекапренил фосфатын пайдалана алады. Гликозильтрансферазалар қант нуклеотид донорларын пайдаланатын Лёлоир ферменттері болып табылады. Алғашқы қант нуклеотидін ашқан және 1970 жылы көмірсутек метаболизмі бойынша еңбегі үшін химия саласындағы Нобель сыйлығын алған ғалым Луис Ф. Лёлоирдің есімімен аталған. Долихол немесе полипренол пирофосфаты сияқты нуклеотид емес донорларды пайдаланатын гликозильтрансферазалар Лелоир гликозильтрансферазалары емес. Сүтқоректілер гликозильтрансферазалар үшін тек 9 қант нуклеотид донорларын қолданады: UDP глюкоза, UDP галактоза, UDP GlcNAc, UDP GalNAc, UDP ксилоза, UDP глюкуроникалық қышқыл, GDP маноза, GDP фукоза және CMP сиалий қышқылы. Бұл донор молекулалардың фосфаты (Ф) әдетте манган сияқты екі қуатты катиондармен үйлестіріледі, алайда металлдан тәуелсіз ферменттер бар. Көптеген гликозильтрансферазалар бір жолды трансмембраналық ақуыздар болып табылады және олар әдетте Голги аппаратының мембраналарына бекітіледі
Glycosyltransferases (GTFs, Gtfs) are enzymes (EC 2.4) that establish natural glycosidic linkages. They catalyze the transfer of saccharide moieties from an activated nucleotide sugar (also known as the "glycosyl donor") to a nucleophilic glycosyl acceptor molecule, the nucleophile of which can be oxygen carbon , nitrogen , or sulfur based. The result of glycosyl transfer can be a carbohydrate, glycoside, oligosaccharide, or a polysaccharide. Some glycosyltransferases catalyse transfer to inorganic phosphate or water. Glycosyl transfer can also occur to protein residues, usually to tyrosine, serine, or threonine to give O linked glycoproteins, or to asparagine to give N linked glycoproteins. Mannosyl groups may be transferred to tryptophan to generate C mannosyl tryptophan, which is relatively abundant in eukaryotes. Transferases may also use lipids as an acceptor, forming glycolipids, and even use lipid linked sugar phosphate donors, such as dolichol phosphates in eukaryotic organism, or undecaprenyl phosphate in bacteria. Glycosyltransferases that use sugar nucleotide donors are Leloir enzymes, after Luis F. Leloir, the scientist who discovered the first sugar nucleotide and who received the 1970 Nobel Prize in Chemistry for his work on carbohydrate metabolism. Glycosyltransferases that use non nucleotide donors such as dolichol or polyprenol pyrophosphate are non Leloir glycosyltransferases. Mammals use only 9 sugar nucleotide donors for glycosyltransferases: UDP glucose, UDP galactose, UDP GlcNAc, UDP GalNAc, UDP xylose, UDP glucuronic acid, GDP mannose, GDP fucose, and CMP sialic acid. The phosphate(s) of these donor molecules are usually coordinated by divalent cations such as manganese, however metal independent enzymes exist. Many glycosyltransferases are single pass transmembrane proteins, and they are usually anchored to membranes of Golgi apparatus
Механизм
Гликозильтрансферазалар донордың аномерлік байланысының стереохимиясы сақталған (α→α) немесе ауысқан (α→β) болуына байланысты "ұсталатын" немесе "инвертациялық" ферменттерге бөлінуі мүмкін. Инверттеу механизмі өте қарапайым, стереохимияны кері айналдыру үшін қабылдаушы атомның бір ғана нуклеофилдік шабуылын қажет етеді. Тұрақтау механизмі талқылану мәселесі болды, бірақ қос орын ауыстыру механизміне (бұл стереохимияны таза ұстау үшін аномерлі көміртекке қатысты екі инверсияны тудыратын) немесе диссоциативтік механизмге (оның таралған нұсқасы SNi ретінде белгілі) қарсы берік дәлелдер бар. Инвертациялық ферменттерге ұқсас "ортогональды ассоциативтік" механизм ұсынылды, ол аномерді ұстап тұру үшін тек бір нуклеофилдік шабуылды тек линейлік емес бұрыштан (көптеген кристалл құрылымдарда байқалғандай) қабылдаушыдан қажет етеді.
Реакцияның кері қайталануы
Гликозильтрансферазаларды инверттеу арқылы катализацияланатын көптеген реакциялардың кері қайталануын жақында ашу осы салада парадигмалық ауысу ретінде қызмет етті және қант нуклеотидтерін 'активтелген' донорлар ретінде белгілеу туралы сұрақтар тудырады.
Кезектілік бойынша жіктеу
Сызықтарға негізделген жіктеу әдістері, protein функциясы үшін, байланысты протеиндермен қатар, сызықтарды сәйкестендіруге негізделген гипотезаларды жасаудың тиімді тәсілі болып табылады. Көмірсутекті активті ферменттер базасы гликозильтрансферазаларды 90- дан астам отбасыларға жіктейді. Әр отбасыда бірдей үш өлшемді бүгілу болады деп күтілуде.
Құрылымы
Гликозид гидролаздары үшін байқалатын 3D құрылымдардың әртүрлілігіне қарағанда, гликозильтрансферазалардың құрылымдарының ауқымы әлдеқайда кішірек. Шын мәнінде, ақуыздардың құрылымдық жіктелуі дерекқорына сәйкес, гликозильтрансферазалар үшін тек үш түрлі бүгілу байқалды Жақында ғана пептидогликанның NAG NAM полимерлік тірекшесінің биосинтезіне қатысатын гликозильтрансферазалар үшін жаңа гликозильтрансфераза бүгілу анықталды.
Ингибиторлар
Гликозилтрансферазаның көптеген ингибиторлары белгілі. Олардың кейбіреулері табиғи өнімдер, мысалы пептидогликан гликозильтрансферазаларының ингибиторы моеномицин, хитин синтезасының ингибиторы никкомициндер және β 1,3 глюкан синтезасының ингибиторы эхинокандиндер. Гликозилтрансферазаның кейбір ингибиторлары дәрі-дәрмек немесе антибиотиктер ретінде қолданылады. Моеномицин өсімді ынталандырушы ретінде мал азығында қолданылады. Каспофунгин эхинокандиндерден әзірленді және антифунгикалық препарат ретінде қолданылады. Этамбутол микобактериялық арабинотрансферазалардың ингибиторы болып табылады және туберкулезді емдеуде қолданылады. Люфенурон - бұл жәндіктердің хитин синтезін тежейтін зат және жануарларда блохаларды бақылау үшін қолданылады. Гликозилтрансферазалардың имидазолий негізіндегі синтетикалық ингибиторлары антимикробтық және антисептикалық заттар ретінде пайдалануға арналған.
Қан тобының анықтауышы
АВО қан топтары жүйесі ағзада гликозильтрансферазалардың қандай түрі экспрессияланатындығына байланысты анықталады. Гликозильтрансферазаларды экспрессиялайтын АВО генінің локусы үш негізгі аллельдік түрге ие: А, В және О. А аллелі 1 3 N ацетилгалактисозаминнилтрансферазаны кодтайды, ол α N ацетилгалактисозаминді H антигенінің D галактозалық шеттеріне байлайды, бұл А антигенін шығарады. B аллелі H антигенінің D галактозасына байланған α D галактозасына қосылатын 1 3 галактозилтрансферазаны кодтайды, бұл B антигенін жасайды. O аллелі жағдайында 6- экзонда ферменттік белсенділіктің жоғалуына әкелетін deletion болады. O аллелі А аллеліне қарағанда 261-ші позицияда гуаниннің бір нуклеотидінің жойылуымен сәл өзгешеленеді. Бұл процесте ферменттік белсенділігі жоқ, мүлдем басқа протеиннің трансляциясы пайда болады. Бұл H антигенінің O топтар жағдайында өзгермейтінін көрсетеді. Әр адамда екі аллельдің гликозилтрансферазаларының үйлесімі АБ, А, В немесе О қан тобының бар-жоғын анықтайды.
Қолданылуы
Гликозильтрансферазалар белгілі бір гликоконъюгаттардың мақсатты синтезінде де, дәрі-дәрмектердің, биологиялық зондтардың немесе табиғи өнімдердің дифференциалды гликозильді кітапханаларының синтезінде де дәрі-дәрмектерді ашу және дәрі-дәрмектерді әзірлеу аясында кеңінен қолданылған (гликорандомизация деп аталатын процесс). Қолайлы ферменттерді табиғи көздерден оқшаулауға немесе рекомбинантты жолмен өндіруге болады. Оның орнына, эндогенді гликозиль донорларын немесе гликозиль донорларын синтездеу үшін клондалған және экспрессияланған жүйелерді қамтитын жасушалық жүйелерді пайдаланатын бүтін жасушалық жүйелер әзірленді. Ұяшықсыз тәсілдерде гликоконъюгат синтезі үшін гликозильтрансферазалардың кең ауқымды қолданылуы гликозиль донорларының көп мөлшеріне қол жеткізуді талап етті. Екінші жағынан, шығарылған нуклеотидтен гликозил донорларын қайта синтездеуге мүмкіндік беретін нуклеотидтерді қайта өңдеу жүйелері әзірленді. Нуклеотидтерді қайта өңдеу әдісі қосымша өнім ретінде түзілетін нуклеотидтің мөлшерін азайтудың қосымша пайдасына ие, осылайша нуклеотидті қосымша өнімнің жиі байқалатын ерекшелігі - қызығушылық тудыратын гликозильтрансферазаға келтірілген тежеудің мөлшерін азайтады.