Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ферменттер класы
Class of enzymes
Фруктоза бисфосфатаза ферменті (EC 3.1.3.11; жүйелі атауы D-фруктоза 1,6-бисфосфат 1-фосфогидролаза) глюконеогенезде және Кальвин циклында фруктоза 1,6-бисфосфаттың фруктоза 6-фосфатқа айналуын катализдейді, бұл екеуі де анаболикалық жолдар:
The enzyme fructose bisphosphatase (EC 3.1.3.11; systematic name D fructose 1,6 bisphosphate 1 phosphohydrolase) catalyses the conversion of fructose 1,6 bisphosphate to fructose 6 phosphate in gluconeogenesis and the Calvin cycle, which are both anabolic pathways:
D fructose 1,6 bisphosphate + H2O = D fructose 6 phosphate + phosphate
Фосфофруктокиназа (EC 2.7.1.11) фруктоза 6-фосфаттың фруктоза 1,6-бисфосфатқа кері айналуын катализдейді, бірақ бұл тек кері реакция ғана емес, себебі ко-субстраттар әртүрлі (соның салдарынан термодинамикалық талаптар бұзылмайды). Екі ферменттің әрқайсысы конверсияны тек бір бағытта катализдейді және фруктоза 2,6-бисфосфат сияқты метаболиттермен реттеледі, сондықтан олардың біреуінің жоғары белсенділігі екіншісінің төмен белсенділігімен сүйемелдейді. Нақтырақ айтқанда, фруктоза 2,6-бисфосфаты фруктоза 1,6-бисфосфатазаны аллостерикалық түрде тежейді, бірақ фосфофруктокиназа I-ді белсендіреді. Фруктоза 1,6-бисфосфатаза көптеген метаболикалық жолдарға қатысады және көптеген организмдерде кездеседі. FBPase катализ үшін металл иондарын қажет етеді (Mg2+ және Mn2+ артықшылыққа ие) және фермент Li+ ионымен күшті тежеледі.
Phosphofructokinase (EC 2.7.1.11) catalyses the reverse conversion of fructose 6 phosphate to fructose 1,6 bisphosphate, but this is not just the reverse reaction, because the co substrates are different (and so thermodynamic requirements are not violated). The two enzymes each catalyse the conversion in one direction only, and are regulated by metabolites such as fructose 2,6 bisphosphate so that high activity of one of them is accompanied by low activity of the other. More specifically, fructose 2,6 bisphosphate allosterically inhibits fructose 1,6 bisphosphatase, but activates phosphofructokinase I. Fructose 1,6 bisphosphatase is involved in many different metabolic pathways and found in most organisms. FBPase requires metal ions for catalysis (Mg2+ and Mn2+ being preferred) and the enzyme is potently inhibited by Li+.
Құрылымы
Шошқалардың фруктоза 1,6-бисфосфатазасының құрылымы инозитол 1-фосфатазаның (IMPаза) құрылымымен толық сәйкес екені анықталды. Инозитол полифосфат 1-фосфатаза (IPPase), IMPase және FBPase металл иондарын байланыстырып, катализге қатысатын (Asp Pro Ile/Leu Asp Gly/Ser Thr/Ser) бірдей аминқышқылдық тізбек мотивіне ие. Бұл мотив алыс туысқан саңырауқұлақтар, бактериялар және ашытқылардың IMPase гомологтарында да кездеседі. Осы белоктар инозитол сигнализациясы, глюконеогенез, сульфат ассимиляциясы және, мүмкін, хинон метаболизмі сияқты әртүрлі метаболизмдік жолдарға қатысатын, ежелгі және құрылымдық тұрғыдан сақталған отбасыны құрайды деген болжам бар.
The fold of fructose 1,6 bisphosphatase from pigs was noted to be identical to that of inositol 1 phosphatase (IMPase). Inositol polyphosphate 1 phosphatase (IPPase), IMPase and FBPase share a sequence motif (Asp Pro Ile/Leu Asp Gly/Ser Thr/Ser) which has been shown to bind metal ions and participate in catalysis. This motif is also found in the distantly related fungal, bacterial and yeast IMPase homologues. It has been suggested that these proteins define an ancient structurally conserved family involved in diverse metabolic pathways, including inositol signalling, gluconeogenesis, sulphate assimilation and possibly quinone metabolism.
Түрлердің таралуы
Эукариоттар мен бактерияларда FBPазалардың үш түрлі тобы анықталды (FBPаза I–III). Әзірге, бұл топтардың ешқайсысы Археяда табылған жоқ, бірақ жақында Археяда инозитол монофосфатаза активтілігін де көрсететін FBPазаның (FBPаза IV) жаңа тобы анықталды. Термофильді археяларда және Aquifex aeolicus гипертермофильді бактериясында FBPазаның (FBPаза V) жаңа тобы табылды. Бұл топтың сипатталған өкілдері FBP-ға қатысты қатаң субстрат таңдаулылығын көрсетеді және осы организмдердегі нағыз FBPаза болып саналады деп ұсынылады. Құрылымдық зерттеу FBPаза V-те қант фосфатазасы үшін жаңа құрылым бар екенін көрсетті, ол бес қабатты альфа-бета-альфа-бета-альфа орналасуынан өзгеше, төрт қабатты альфа-бета-бета-альфа сэндвич құрайды. Бұл ферменті жоқ мутанттар малат және глицерол сияқты глюконеогенді өсу субстраттарында өсуге қабілетті болып көрінеді.
Three different groups of FBPases have been identified in eukaryotes and bacteria (FBPase I III). None of these groups have been found in Archaea so far, though a new group of FBPases (FBPase IV) which also show inositol monophosphatase activity has recently been identified in Archaea. A new group of FBPases (FBPase V) is found in thermophilic archaea and the hyperthermophilic bacterium Aquifex aeolicus. The characterised members of this group show strict substrate specificity for FBP and are suggested to be the true FBPase in these organisms. A structural study suggests that FBPase V has a novel fold for a sugar phosphatase, forming a four layer alpha beta beta alpha sandwich, unlike the more usual five layered alpha beta alpha beta alpha arrangement. Mutants lacking this enzyme are apparently still able to grow on gluconeogenic growth substrates such as malate and glycerol.
Қысқы ұйқы және суыққа бейімделу
Фруктоза-1,6-бисфосфатаза қыстау кезінде маңызды рөл атқарады, ол қыстауға дайындалу, қыстау сақталуы, ояну және ұзақ мерзімдік ұйқыға бейімделу үшін метаболизм процестерін қатаң реттеуді талап етеді. Қыстау кезінде жануардың метаболизмі еутермиялық тынығудағы метаболизмінің шамамен 1/25-іне дейін төмендейді. FBPase қыстайтын жануарларда еутермиялық жануарларға қарағанда температураға әлдеқайда сезімтал болатындай өзгертіледі. Қыстау кезінде тыныс алу да күрт төмендейді, нәтижесінде тіндерде салыстырмалы аноксия жағдайлары туындайды. Аноксиялық жағдайлар глюконеогенезді, демек FBPase-ті тежейді, ал гликолизді ынталандырады, және бұл қыстау кезіндегі жануарларда FBPase активтілігінің төмендеуіне себеп болатын тағы бір фактор. FBPase субстраты – фруктоза-1,6-бисфосфаттың гликолизде пируват киназаны белсендіретіні көрсетілген, бұл FBPase активтілігі төмендеген кезде гликолиздің жоғарылауы мен глюконеогенездің төмендеуіне байланысты. Суыққа ұшыраған қояндарда FBPase активтілігі суыққа ұшыраған кезде төмендеп, температура жоғарылағанда қайтадан артқан.
Fructose 1,6 bisphosphatase also plays a key role in hibernation, which requires strict regulation of metabolic processes to facilitate entry into hibernation, maintenance, arousal from hibernation, and adjustments to allow long term dormancy. During hibernation, an animal's metabolic rate may decrease to around 1/25 of its euthermic resting metabolic rate. FBPase is modified in hibernating animals to be much more temperature sensitive than it is in euthermic animals. During hibernation, respiration also dramatically decreases, resulting in conditions of relative anoxia in the tissues. Anoxic conditions inhibit gluconeogenesis, and therefore FBPase, while stimulating glycolysis, and this is another reason for reduced FBPase activity in hibernating animals. The substrate of FBPase, fructose 1,6 bisphosphate, has also been shown to activate pyruvate kinase in glycolysis, linking increased glycolysis to decreased gluconeogenesis when FBPase activity is decreased during hibernation. In rabbits exposed to cold temperatures, FBPase activity decreased throughout the duration of cold exposure, increasing when temperatures became warmer again.
Диабет
Фруктоза 1,6-бисфосфатаза 2-типті қант диабетін емдеуде де маңызды рөл атқарады. Бұл ауруда гипергликемия көптеген ауыр проблемаларды тудырады, ал емдеу көбінесе қандағы қант деңгейін төмендетуге бағытталған. Осы науқастарда глюкозаның артық өндірілуінің басты себебі – бауырдағы глюконеогенез, сондықтан глюконеогенезді тежеу 2-типті қант диабетін емдеудің тиімді жолы болып табылады. FBPase – глюконеогенез жолындағы мақсатты фермент, себебі ол реакция жылдамдығын шектейді және үш көміртек субстраттарының глюкозаға енуін бақылайды, бірақ гликогеннің ыдырауына қатыспайды және бұл жолдың митохондриялық кезеңдерінен тыс орналасқан.
Fructose 1,6 bisphosphatase is also a key player in treating type 2 diabetes. In this disease, hyperglycemia causes many serious problems, and treatments often focus on lowering blood sugar levels. Gluconeogenesis in the liver is a major cause of glucose overproduction in these patients, and so inhibition of gluconeogenesis is a reasonable way to treat type 2 diabetes. FBPase is a good enzyme to target in the gluconeogenesis pathway because it is rate limiting and controls the incorporation of all three carbon substrates into glucose but is not involved in glycogen breakdown and is removed from mitochondrial steps in the pathway.