Введение

Липоксигеназы (LOX) - это семейство ферментов, содержащих железо (негемовое), более конкретно окислительные ферменты, большинство из которых катализируют диоксигенизацию полиненасыщенных жирных кислот в липидах, содержащих цис, цис 1,4 пентадиен, в клеточные сигнальные агенты, которые выполняют различные роли как аутокриновые сигналы, регулирующие функцию их родительских клеток, паракринные сигналы, регулирующие функцию близлежащих клеток, и эндокринные сигналы, регулирующие функцию отдаленных клеток. Липоксигеназы связаны друг с другом на основе их сходного генетического строения и диоксигенационной активности. Однако одна липоксигеназа, ALOXE3, хотя и имеет генетическую структуру липоксигеназы, обладает относительно небольшой диоксигенационной активностью; скорее ее основная активность, по-видимому, является изомеразой, которая катализирует преобразование гидропероксинасыщенных ненасыщенных жирных кислот в их 1,5 эпоксидные, гидроксильные производные. Липоксигеназы встречаются у эукариотов (растений, грибов, животных, протестов); в то время как третий домен земной жизни, архей, обладает белками с небольшим (~ 20%) сходством аминокислотной последовательности с липоксигеназами, эти белки не имеют железосвязывающих остатков и, следовательно, не обладают активностью липоксигеназы.

Биологическая функция и классификация

Эти ферменты наиболее распространены у растений, где они могут участвовать в ряде различных аспектов физиологии растений, включая рост и развитие, устойчивость к вредителям и старение или реакцию на ранение. У млекопитающих ряд липоксигеназных изоферментов участвуют в метаболизме эикозаноидов (таких как простагландины, лейкотриены и неклассические эикозаноиды). Для следующих липоксигеназ имеются данные о последовательности:

Растительные липоксигеназы

Растения экспрессируют различные цитозольные липоксигеназы, а также то, что, по-видимому, является изоферментом хлоропласта. Липоксигеназа растений в сочетании с гидропероксидными лизами отвечает за многие ароматические и другие сигнальные соединения. Один из примеров - цис 3 гексенал, запах свежевырубленной травы.

Липоксигеназы человека

За исключением гена, кодирующего 5 LOX (ALOX5), который расположен на хромосоме 10q11.2, все шесть человеческих генов LOX расположены на хромосоме 17. p13 и кодируют одноцепочечный белок 7581 килодальтон, состоящий из 662711 аминокислот. Гены LOX млекопитающих содержат 14 (ALOX5, ALOX12, ALOX15, ALOX15B) или 15 (ALOX12B, ALOXE3) экзонов с границами экзонов/интронов в высококонсервативных позициях. 6 человеческих липоксигеназ вместе с некоторыми из основных продуктов, которые они производят, а также некоторые из их ассоциаций с генетическими заболеваниями, следующие: Арахидонат 5 липоксигеназа (ALOX5) (; ), также называемая 5 липоксигеназой, 5 LOX и 5 LO. Основные продукты: метаболизирует арахидоновую кислоту в 5 гидроперокси-эикостетреоиновую кислоту (5 HpETE), которая преобразуется в 1) 5 гидроксиикозатетраеновую кислоту (5 HETE), а затем в 5 оксо-эикозатетраеновую кислоту (5 оксо-ЭТЭ), 2) лейкотриен А4 (LTA4), который затем может быть преобразован в лейкотриен B4 (LTB4) или лейкотриен C4 (LTC4) (LTC4 может быть далее метаболизирован в лейкотриен D4 [LTD4], а затем в лейкотриен E4 [LTE4]), или 3) действуя последовательно с ALOX15, в специализированные прорезолирующие медиаторы, липоксины А4 и B4. ALOX5 также метаболизирует эйкозапентаеновую кислоту в набор метаболитов, которые содержат 5 двойных связей (т. е. 5 HEPE, 5 oxo EPE, LTB5, LTC5, LTD5 и LTE5), в отличие от 4 двойных связей, содержащих метаболиты арахидоновой кислоты. Энзим, действуя последовательно с другими ферментами липоксигеназы, циклооксигеназы или цитохрома P450, способствует метаболизму эйкозапентаеновой кислоты в резюльвины серии E (см.) и докозагексаеновой кислоты в резюльвины серии D (см.). Эти резюльвины также классифицируются как специализированные резюльвирующие медиаторы. Арахидонат 12 липоксигеназа (ALOX12) (; ), также называемый 12 липоксигеназой, липоксигеназой тромбоцитарного типа (или 12 липоксигеназой, тромбоцитарного типа) 12 LOX и 12 LO. Он метаболизирует арахидоновую кислоту до 12 гидропероксийоциатетреоиновой кислоты (12 HpETE), которая далее метаболизируется до 12 гидроксийокосиатетреоиновой кислоты (12 HETE) или различных гепоксилин (см. также 12 гидроксийокосиатетреоиновой кислоты). Арахидонат 15 липоксигеназа 1 (ALOX15) (; ), также называемый 15 липоксигеназой 1, липоксигеназой эритроцитарного типа 15 (или липоксигеназой эритроцитарного типа 15), липоксигеназой ретикулоцитарного типа 15 (или липоксигеназой ретикулоцитарного типа 15), 15 LO 1 и 15 LOX 1. Он метаболизирует арахидоновую кислоту в основном до 1) 15 гидропероксиеокатетреновой кислоты (15 HpETE), которая далее метаболизируется до 15 гидроксиикозатетреновой кислоты (15 HETE), но также до гораздо меньших количеств 2) 12 гидропероксиикозатетреновой кислоты (12 HpETE), которая далее метаболизируется до 12 гидроксиикозатетреновой кислоты и, возможно, гепоксилинов. ALOX15 на самом деле предпочитает линолевую кислоту арахидоновой кислоте, метаболизируя линолевую кислоту до 12 гидропероксиоктадекаеновой кислоты (13 HpODE), которая далее метаболизируется до 13 гидроксиоктадекадиеновой кислоты (13 HODE). ALOX15 может метаболизировать полиненасыщенные жирные кислоты, которые этерифицированы в фосфолипиды и/ или в холестерин, т. е. в эфиры холестерина, в липопротеинах. Это свойство вместе с его двойной специфичностью в метаболизме арахидоновой кислоты до 12 HpETE и 15 HpETE аналогично свойствам мыши Alox15 и привело к тому, что оба фермента были названы 12/15 липоксигеназами. Арахидонат 15- липоксигеназа II типа (ALOX15B), также называемый 15- липоксигеназой 2, 15- LOX 2 и 15- LOX 2. Он метаболизирует арахидоновую кислоту до 15 гидропероксиэикозатетраеновой (15 HpETE), которая далее метаболизируется до 15 гидроксиикозатетраеновой кислоты. ALOX15B обладает незначительной или отсутствующей способностью метаболизировать арахидоновую кислоту до 12 гидропероксеиокозатетраеновой кислоты (12 (HpETE) и лишь минимальной способностью метаболизировать линолевую кислоту до 13 гидропероксеоктадекаеновой кислоты (13 HpODE). Арахидонат 12 липоксигеназа, тип 12R (ALOX12B), также называемый 12R липоксигеназа, 12R LOX и 12R LO. Он метаболизирует арахидоновую кислоту в 12R гидроксиэикозатетраеновую кислоту, но делает это только с низкой каталитической активностью; ее наиболее физиологически важным субстратом считается сфингозин, который содержит очень длинную цепь (16 34 углерода) омега-гидроксиловой жирной кислоты, которая находится в амидной связке с Sn 2 азотом сфингозина на его карбокси-конце и этерифицирована в линолевую кислоту на его омега-гидроксиловом конце. В клетках эпидермической кожи ALOX12B ме�...

3D структура

Известно несколько структур липоксигеназы, включая: липоксигеназу L1 и L3 соевой, липоксигеназу 8 коралловой, липоксигеназу 5 человеческой, липоксигеназу 15 кролика и липоксигеназу 12 лейкоцитов свиней. Белок состоит из небольшого N- терминального домена PLAT и основного C- терминального каталитического домена (см. базу данных Pfam), который содержит активный сайт. Как у ферментов растений, так и у млекопитающих, N-терминальный домен содержит восьмицепочечный антипараллельный β-баррель, но в соевых липоксигеназах этот домен значительно больше, чем в кроличьем ферменте. Растительные липоксигеназы могут быть ферментативно расщеплены на два фрагмента, которые остаются тесно связанными, в то время как фермент остается активным; разделение двух доменов приводит к потере каталитической активности. Терминал C (каталитический) состоит из 18 22 спиралей и одного (в кроличьем ферменте) или двух (в ферментах сои) антипараллельных β-листов на противоположном конце от N-терминального β-бареля.

Активный сайт

Атом железа в липоксигеназах связан четырьмя лигандами, три из которых являются остатками гистидина. Шесть гистидинов сохраняются во всех последовательностях липоксигеназы, пять из них обнаруживаются в группах из 40 аминокислот. Эта область содержит два из трех лигандов цинка; другие гистидины, как было показано, важны для активности липоксигеназ. Две длинные центральные спирали пересекаются в активном месте; обе спирали включают внутренние участки спирали π, которые обеспечивают три гистидиновых (His) лиганда железа в активном месте. Две полости в основной домене соевой липоксигеназы 1 (лощины I и II) простираются от поверхности до активного места. Ворончатая полость I может функционировать как канал для диоксигена; длинная узкая полость II, предположительно, является карманом для подложки. Более компактный фермент млекопитающих содержит только одну полость в форме сапоги (полость II). В соевой липоксигеназе 3 есть третья полость, которая проходит от железного участка до интерфейса β-бареля и каталитических доменов. Полость III, железное место и полость II образуют непрерывный проход по всей молекуле белка. Активное железо координируется Nε из трех консервированных остатков His и одного кислорода из C-терминальной карбоксильной группы. Кроме того, в ферментах сои кислород боковой цепи аспарагина слабо связан с железом. В кроличьей липоксигеназе этот остаток Asn заменяется His, который координирует железо через атом Nδ. Таким образом, координационное число железа составляет пять или шесть, с гидроксильным или водяным лигандом к гексакоординатному железу. Подробности о особенностях активного места липоксигеназы были выявлены в структуре каталитического домена комплекса липоксигеназы 12 лейкоцитов свиней В 3D структуре, аналогный ингибитор субстрата занимал U-образный канал, открытый рядом с железным местом. Этот канал может принимать арахидоновую кислоту без особых вычислений, определяя подробности связывания субстрата для реакции липоксигеназы. Кроме того, в качестве кислородного пути можно рассматривать вероятный канал доступа, который пересекает канал связывания субстрата и распространяется на поверхность белка.