Ribokinase

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Einführungen

Ribokinase (RK) gehört zur Familie der Phosphofructokinase B (PfkB) Glukokinase. Weitere Mitglieder dieser Familie (auch bekannt als die RK-Familie) sind Adenosinkinase (AK), Inosin-Guanosinkinase, Fruktokinase und 1-Phosphofruktokinase. Mitglieder der PfkB/RK-Familie werden durch das Vorhandensein von drei konservierten Sequenzmotiven erkannt, und die enzymatische Aktivität dieser Proteinfamilie zeigt typischerweise eine Abhängigkeit von der Anwesenheit von pentavalenten Ionen. Das konservierte NXXE-Motiv ist ein einzigartiges Merkmal der PfkB-Protein-Familie, das mit der Abhängigkeit von pentavalenten Ionen assoziiert ist. Die Struktur von RK und mehreren anderen PfK-Protein-Familien wurde aus vielen Organismen bestimmt. Obwohl die Sequenzähnlichkeit zwischen AdK und anderen PfkB-Protein-Familien gering ist, sind diese Proteine auf struktureller Ebene sehr ähnlich.

Abbildung 1. Ribokinase Homodimer.

Überblick über die RK-Familie

RK-Gene sind sowohl in Prokaryoten als auch in Eukaryoten zu finden, und Sequenzvergleiche zeigen, dass sie zur PfkB-Familie der Kohlenhydratkinasen gehören, die die Hydroxymethylgruppen verschiedener Zuckermoleküle phosphorylieren. Daher stellt die PfkB-Familie von Enzymen, auch bekannt als die RK-Familie, einen der drei nicht-homologen Zweige der Glycokinase zusammen mit der Hexokinase-Familie und der Galactokinase-Familie dar. Ursprünglich bestand die RK-Familie aus einer kleinen Anzahl evolutionär verwandter Enzyme. Neben RKs aus E. coli und Hefe umfassten andere Mitglieder dieser Gruppe Fruktokinase, 1-Phosphofruktokinase, 6-Phosphofruktokinase-2-Kinase (PfkB oder PFK2), 6-Phospho-Taccharidkinase und Inositidkinase (INGK). Seitdem wurden viele andere Enzyme zur RK-Familie hinzugefügt, einschließlich AK und 2-Dehydro-3-deoxyglucose-Kinase.

Struktur von RK

Die erste dreidimensionale Kristallstruktur von RK wurde 1998 für das E. coli-Protein bestimmt. RK existiert in Lösung als Homodimer, wobei jedes Monomer aus zwei strukturellen Domänen besteht. Die größere strukturelle Domäne wird durch ein neunsträngiges β-Faltblatt gebildet, das von 10 α-Faltblättern flankiert wird. Diese ABA-Sandwichstruktur bietet den Großteil der spezifischen Bindung von Substrat, Ribose und ATP. Die kleinere strukturelle Domäne besteht aus vier β-Strängen, die als Kappe für die aktive Stelle dienen. Die äußere Oberfläche dieses β-Faltblatts bietet eine Schnittstelle für dimerische Wechselwirkungen, durch die die beiden β-Faltblätter des Dimer orthogonal zueinander gepackt sind, um ein flaches β-Fass zu bilden. Die gekreuzten Segmente jeder Untereinheit tragen ebenfalls zur Bildung der aktiven Stelle des Dimerpartners bei.

Abbildung 2. Struktur einer E. coli Ribokinase Untereinheit. ( Park J, et al.2008)

Gengenstruktur von RK

Das RK-Gen wurde in menschlichen Zellen charakterisiert. Das menschliche RK-Gen befindet sich auf Chromosom 2, etwa 110 Kb, und umfasst acht Exons mit einer Länge von 63 bis 189 Nukleotiden. Interessanterweise zeigt das menschliche RK einen höheren Identitätsgrad mit RK-Sequenzen von Protozoen (z. B. Trypanosomen und Amöben) und verschiedenen Bakterien im Vergleich zu pflanzlichen (Arabidopsis) und pilzlichen (Saccharomyces cerevisiae) Homologen. Diese Ergebnisse waren unerwartet, da Pilze und Pflanzen enger mit Tieren als mit Bakterien verwandt sind. Daher könnten RKs von Pflanzen- und Pilzarten unabhängig von RKs von Tier- und Protozoenarten entstanden sein. Es ist auch möglich, dass pflanzliche und pilzliche RK-Sequenzen, die biochemisch nicht charakterisiert wurden, möglicherweise anderen Glycokinase entsprechen.

Phosphat- oder pentavalente Ionenabhängigkeit von RK

Ein weiteres wichtiges biochemisches Merkmal von RKs ist, dass ihre katalytische Aktivität fast vollständig von der Anwesenheit von pentavalenten Ionen (PVI), wie Phosphat, abhängt. In beiden Fällen führt die Zugabe von anorganischem Phosphat zu einer Erhöhung der maximalen Geschwindigkeit des Enzyms sowie zu einer Verringerung des Km seines Substrats Adenosin und Ribose.