Кіріспе

Ферменттер класы Фосфоенолпируват карбоксилаза (PEP карбоксилаза, PEPCase немесе PEPC; , PDB ID: 3ZGE) - өсімдіктер мен кейбір бактерияларда кездесетін карбоксилиаздар отбасындағы фермент. Фосфоенолпируватқа (PEP) бикарбонат (HCO3−) қосылуын катализдеп, төрт көміртектік қосылысты оксалоацетат пен органикалық емес фосфатты құрайды: PEP + HCO3− → оксалоацетат + Pi Бұл реакция КАМ (крассулалық қышқыл метаболизмі) және организмдерде көміртекті бекіту үшін, сондай-ақ бактериялар мен өсімдіктердегі лимон қышқылы циклы (Кребс немесе ТСА) арқылы ағынды реттеу үшін қолданылады. Фермент құрылымы мен оның екі сатылы каталитикалық, кері қайтарылмайтын механизмі жақсы зерттелді. PEP карбоксилазасы фосфорилдану және аллостеризация арқылы жоғары реттеледі.

Фермент құрылымы

PEP карбоксилаза ферменті өсімдіктер мен кейбір бактерияларда, бірақ саңырауқұлақтар мен жануарларда (оның ішінде адамда) жоқ. Гендер организмдер арасында әр түрлі, бірақ механизмдер мен реттеу бөлімдерінде талқыланған белсенді және аллостерикалық орындардың айналасында қатаң сақталады. Ферменттің үшінші құрылым да сақталады. PEP карбоксилазасының кристалдық құрылымы көптеген организмдерде, соның ішінде Zea mays (макуруз) және Escherichia coli анықталды. Бұл димер (ең еркін) өзінің басқа түрімен құрасып, төрт суббірлік кешенін құрайды. Мономерлік кіші бірліктер негізінен альфа-пелтіктерден (65%) тұрады. Ферменттің белсенді орны толық сипатталмаған. Ол карбоксил қышқылының функционалдық топтары арқылы дивалентті металл кофактор ионын ковалентті емес байланыста ұстайтын консервіленген аспартик қышқылының (D564) және глутамин қышқылының (E566) қалдықтарын қамтиды. Металл кофакторы энолат пен көмірқышқыл газы аралықтарын үйлестіру үшін қажет; CO2 молекуласы тек 3% уақыт жоғалады. PEP карбоксилазасы мезофильдік тінде оксалоацетат пайда болу үшін бикарбонат түріндегі CO2 - ні PEP- мен байланыстыруда басты рөл атқарады. Мұны кейін пируватқа қайта айналдырады (малат аралық арқылы), RuBisCO және Кальвин циклы арқылы көміртекті бекіту үшін бундель қабықшасы жасушаларының терең қабатында СО2 босатылады. Пируват мезофилл жасушаларында қайтадан PEP-ке айналады, ал цикл қайтадан басталады, осылайша белсенді түрде CO2 сорғылайды. PEP карбоксилазаның екінші маңызды және өте ұқсас биологиялық маңызы CAM циклында. Бұл цикл құрғақ жерлерде тіршілік ететін организмдерде жиі кездеседі. Өсімдіктер көмірқышқыл газын қабылдау үшін күндіз асқазанды аша алмайды, өйткені олар терлеу арқылы көп су жоғалтады. Оның орнына, омыртқалар түнде, судың булануы аз болған кезде ашылады және PEP карбоксилаза арқылы оксалоацетат қалыптастыру үшін PEP-пен бекіту арқылы CO2 алады. Оксалоацетат малат дегидрогеназасымен малатқа айналады және жарыққа тәуелді реакция энергияны (негізінен АТФ түрінде) және Кальвин циклын орындау үшін NADPH сияқты баламаларды азайтатын кезде күндіз пайдалануға сақталады.

Реттеу

PEP карбоксилазасы негізінен екі деңгейде реттеледі: фосфорилдану және аллостеризация. 3-суретте реттеу механизміне арналған схема көрсетілген. Фосфонелпюриват карбоксилаза киназасының фосфорилирлеуі ферментті қозғайды, ал фосфонелпюриват карбоксилаза фосфатазасы оны кері сөндіреді. Киназалар мен фосфатазалар транскрипция арқылы реттеледі. Сонымен қатар, малат кинеза экспрессиясының кері байланыс ингибиторы және фосфатаза экспрессиясының активаторы (транскрипция) ретінде әрекет етеді деп есептеледі. Оксалоацетат КАМ және организмдерде малатқа айналғандықтан, малаттың жоғары концентрациясы фосфатаза экспрессиясын белсендіреді, содан кейін фосфатаза фосфорилендіреді және осылайша PEP карбоксилазасын белсенділігін жояды, бұл оксалоацетаттың одан әрі жиналуына және оксалоацетаттың малатқа айналуына әкелмейді. Сондықтан малат өндірісі төмен реттеледі. және фруктоза 1,6 бифосфат (F 1,6 BP). Зерттеулер энергия эквиваленттерінің, мысалы, АМФ, АДФ және АТФ- ның ПЭП карбоксилазаға елеулі әсері жоқ екенін көрсетті. Осы әр түрлі молекулалардың PEP карбоксилаза белсенділігіне аллостерикалық әсерінің шамасы әр организмге байланысты.