Transketolase

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Transketolase ist ein Enzym, das eine wichtige Rolle im Pentosephosphatzyklus und im photosynthetischen reduzierten Pentosephosphatzyklus spielt. Es kommt weit verbreitet in Bakterien, Hefe, Spinat und Leber vor. Kristalle wurden gewonnen. Mit Thiaminpyrophosphat und Mg⁺⁺ als prosthetischen Gruppen.

Struktur

Der Eingang zur aktiven Stelle des Enzyms besteht hauptsächlich aus mehreren Arginin-, Histidin-, Serin- und Asparaginsäure-Seitenketten, wobei die Glutaminsäure-Seitenkette eine sekundäre Rolle spielt. Diese Seitenketten, insbesondere Arg359, Arg528, His469 und Ser386, sind in jedem Transketolase konserviert und interagieren mit den Phosphatgruppen der Donor- und Akzeptorsubstrate. Da der Substratkanal zu eng ist, können die Donor- und Akzeptorsubstrate nicht gleichzeitig kombiniert werden. Ebenso wird das Substrat leicht verlängert, wenn es an die aktive Stelle gebunden ist, um diesen engen Kanal aufzunehmen. Obwohl dieses Enzym an viele Arten von Substraten binden kann, wie phosphorylierte und nicht-phosphorylierte Monosaccharide, einschließlich Ketonen und Aldosen, Fructose, Ribose usw., ist es hochspezifisch für die dreidimensionale Konfiguration der Hydroxylgruppen von Zuckern. Diese Hydroxylgruppen an C-3 und C-4 des Ketose-DONORS müssen in der D-threo-Konfiguration vorliegen, um korrekt mit den C-1- und C-2-Positionen des Aldose-Akzeptors übereinzustimmen. Sie stabilisieren auch das Substrat an der aktiven Stelle, indem sie mit den Resten Asp477, His30 und His263 interagieren. Daher wird die Zerstörung dieser Konfiguration, sei es durch die Platzierung der Hydroxylgruppe oder deren Stereochemie, die H-Bindung zwischen dem Rest und dem Substrat verändern, was zu einer Verringerung der Affinität zum Substrat führt.

Funktion

Die Funktion dieses Enzyms besteht darin, die Ketolgruppe (Ketol) vom Ketosephosphat auf das Aldosephosphat zu übertragen. Da die gebrochenen Moleküle und die durch die Kombination gebildeten Moleküle ebenfalls Ketolgruppen enthalten, wird es Transketolase genannt. Xylulose-5-phosphat, Sedum-Heptulose-7-phosphat, Fructose-6-phosphat usw. sind alles Substanzen, die in der Biochemie als ketolbasierte Donoren eine wichtige Rolle spielen. Alle Zucker müssen 3 und 4 OH-Gruppen aufweisen, die angeordnet sind. Darüber hinaus können Xylulose, Erythrulose, Hydroxypyruvat usw. ebenfalls als Ketolgruppendonoren verwendet werden, jedoch ist die Reaktivität geringer als bei den oben genannten Phosphorsäureverbindungen. Als Ethanol-Keton-Akzeptorstoffe gibt es Glycerinaldehyd-3-phosphat, Erythrose-4-phosphat, Ribose-5-phosphat und Glykolaldehyd. Außer denen, die auf Hydroxypyruvat basieren. Allgemein gesagt sind diese Reaktionen reversibel.

Mechanismus

Transketolase spielt eine zentrale Rolle im Calvin-Zyklus der Pflanzenphotosynthese. Ihre Aktivität ist der limitierende Faktor für die maximale photosynthetische Rate von Pflanzen. Eine kleine Verringerung ihrer Aktivität kann zu einem Rückgang der Wachstumsrate von Pflanzen und Aromastoffen führen. Hemmung von Aminosäuren und Phenylalaninmetaboliten. Da TK eine Schlüsselrolle in der Pflanzenphotosynthese spielt und die TK-Proteinsequenz und Funktion verschiedener Pflanzen sehr ähnlich sind, ist die Untersuchung von TK nützlich zur Verbesserung der photosynthetischen Effizienz von Pflanzen und zur Erforschung neuer Herbizide, die von großer Bedeutung sind. TK wurde erstmals in Saccharomyces cerevisiae entdeckt und dann in Bakterien, Pflanzen und Tieren gefunden. Daher hat es viel Aufmerksamkeit erregt. Viele Wissenschaftler haben nacheinander die physiologische Funktion und die metabolische Aktivität des Gens entwickelt. Laut der Forschung von SCHENK usw. katalysiert TK die reversible Übertragung von 2 Kohlenstoffatom-Einheiten vom Ketosephosphat auf das Aldosephosphat und fördert die reversible Umwandlung zwischen Hexa-Kohlenstoff-, Fünf-Kohlenstoff-, Vier-Kohlenstoff- und Drei-Kohlenstoff-Zuckern. In verschiedenen Organismen ist die Substratspezifität von TK ebenfalls unterschiedlich.

Rolle bei Krankheiten

Bei Abwesenheit von Thiamin ist die Transketolase-Aktivität reduziert, was normalerweise durch Mangelernährung verursacht wird. Ein Thiaminmangel ist mit mehreren Krankheiten verbunden, einschließlich Beriberi und biotin-thiamin-reaktiver Basalganglienkrankheit. Im Wernicke-Korsakoff-Syndrom, obwohl Mutationen nicht nachgewiesen werden können, gibt es Hinweise darauf, dass nur bei Personen mit reduzierter Transketolase-Affinität für Thiamin ein Thiaminmangel das Wernicke-Korsakoff-Syndrom verursachen kann. Auf diese Weise wird die Aktivität der Transketolase erheblich behindert, und infolgedessen wird der gesamte Pentosephosphatweg gehemmt.