Glikosiltransferase

Kebanyakan enzim glycosyltransferase membentuk satu daripada dua lipatan: GT-A atau GT-B

Glikosiltransferase (GTF, Gtf) ialah enzim (EC 2.4) yang mewujudkan ikatan glikosidik semula jadi. Mereka memangkinkan pemindahan gugusan sakarida daripada gula nukleotida yang diaktifkan (juga dikenali sebagai "penderma glikosil") kepada molekul penerima glikosil nukleofilik, nukleofil yang boleh berasaskan oksigen karbon, nitrogen atau sulfur.^[1]

Hasil pemindahan glikosil boleh menjadi karbohidrat, glikosida, oligosakarida atau polisakarida. Sesetengah glikosiltransferase memangkinkan pemindahan kepada fosfat atau air bukan organik. Pemindahan glikosil juga boleh berlaku kepada sisa protein, biasanya kepada tirosina, serina atau treonina untuk memberikan glikoprotein berikatan O, atau kepada asparagina untuk memberi glikoprotein berikatan N. Kumpulan manosil boleh dipindahkan ke triptofan untuk menghasilkan C-manosil triptofan yang agak banyak dalam eukariot. Transferase juga boleh menggunakan lipid sebagai penerima, membentuk glikolipid, dan juga menggunakan penderma gula fosfat yang dikaitkan dengan lipid, seperti dolikol fosfat dalam organisma eukariot, atau undekaprenil fosfat dalam bakteria.

Glycosyltransferases yang menggunakan penderma nukleotida gula ialah enzim Leloir, selepas Luis F. Leloir, saintis yang menemui nukleotida gula pertama dan yang menerima Hadiah Nobel dalam Kimia 1970 bagi kerjanya mengenai metabolisme karbohidrat. Glikosiltransferase yang menggunakan penderma bukan nukleotida seperti dolikol atau polifenol pirofosfat ialah glikosiltransferase bukan Leloir.

Mamalia hanya menggunakan 9 penderma nukleotida gula untuk glikosiltransferase:^[2] UDP-glukosa, UDP-galaktosa, UDP-GlcNAc, UDP-GalNAc, UDP-xilosa, UDP-asid glukuronik, GDP-manosa, GDP-fukosa dan CMP-asid sialik. Fosfat molekul penderma ini biasanya diselaraskan oleh kation divalen seperti mangan, tetapi enzim bebas logam juga wujud.

Banyak glikosiltransferase ialah protein transmembran lalu tunggal, dan ia biasanya dipasang di membran jasad Golgi.^[3]

Mekanisme

Glycosyltransferases boleh diasingkan kepada enzim "penahan" atau "penyongsang", berdasarkan sama ada stereokimia ikatan anomer penderma dikekalkan (α→α) atau diterbalikkan (α→β) semasa pemindahan. Mekanisme penyongsangan adalah mudah, yakni hanya memerlukan serangan nukleofilik tunggal daripada atom penerima untuk menyongsangkan stereokimia.

Mekanisme pengekalan pula telah menjadi perdebatan, tetapi terdapat bukti kukuh terhadap mekanisme anjakan berganda (yang akan menyebabkan dua penyongsangan tentang karbon anomer dalam pengekalan bersih stereokimia) atau mekanisme disosiatif (varian lazim yang dikenali sebagai SNi). Mekanisme "sekutuan ortogon" telah dicadangkan, di mana sama seperti enzim penyongsangan, hanya satu serangan nukleofilik diperulukan daripada penerima dari sudut bukan linear (seperti yang diperhatikan dalam banyak struktur kristal) untuk mencapai pengekalan anomer.^[4]

Kebolehbalikan tindak balas

Penemuan tentang kebolehbalikan banyak tindak balas yang dimangkinkan oleh penyongsangan glikosiltransferase berfungsi sebagai anjakan paradigma dalam bidang dan menimbulkan persoalan mengenai penunjukan nukleotida gula sebagai penderma yang "diaktifkan". ^{[5] [6] [7] [8] [9]}

Pengelasan mengikut jujukan

Kaedah pengelasan berasaskan jujukan telah terbukti sebagai cara yang berkuasa untuk menghasilkan hipotesis fungsi protein berdasarkan penjajaran jujukan kepada protein yang berkaitan. Pangkalan data enzim aktif karbohidrat membentangkan pengelasan berasaskan urutan glikosiltransferase kepada lebih 90 keluarga.^[10] Lipatan tiga dimensi yang sama dijangka berlaku dalam setiap keluarga.^[11]

Struktur

Berbeza dengan kepelbagaian struktur 3D yang diperhatikan dalam hidrolase glikosida, glikosiltransferase mempunyai julat struktur yang lebih kecil. ^{[12] [13]} Malah, menurut pangkalan data Pengelasan Struktur Protein, hanya tiga lipatan berbeza telah diperhatikan dalam glikosiltransferase.^[14] Baru-baru ini, lipatan glikosiltransferase baharu telah dikenal pasti untuk glikosiltransferase yang terlibat dalam biosintesis tulang belakang polimer NAG-NAM peptidoglikan.^[15]

Perencat

Banyak perencat glikosiltransferase diketahui. Sebahagian daripada ini adalah produk semula jadi seperti moenomisin, sejenis perencat peptidoglikan glikosiltransferase, nikkomisin, perencat kitin sintase, dan ekinokandin, perencat β-1,3-glukan sintase kulat. Sesetengah perencat glikosiltransferase digunakan sebagai ubat atau antibiotik. Moenomisin digunakan dalam makanan haiwan sebagai penggalak pertumbuhan. Kaspofungin telah dibangunkan daripada ekinokandin dan digunakan sebagai agen antikulat. Etambutol ialah perencat arabinotransferase mikobakteria, dan digunakan dalam rawatan tuberkulosis. Lufenuron ialah perencat sintesis kitin serangga, dan digunakan untuk mengawal kutu dalam haiwan. Perencat sintetik berasaskan imidazolium bagi glikosiltransferase telah direka bentuk untuk digunakan sebagai agen antimikrob dan antiseptik. ^[16]

Penentu jenis darah

Keluarga glikosiltransferase 6
Pengenal pasti
Simbol	GT6
Pfam	PF03414
InterPro	IPR005076
Superkeluarga OPM	199
Protein OPM	2rj6
Struktur protein yang tersedia: Pfam struktur PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum ringkasan struktur

Sistem kumpulan darah ABO ditentukan oleh jenis glikosiltransferases yang dinyatakan dalam badan.

Lokus gen ABO yang menyatakan glikosiltransferases mempunyai tiga bentuk alel utama: A, B, dan O. Alel A mengekodkan 1-3-N-asetilgalaktosaminiltransferase yang mengikat α-N-asetilgalaktosamina kepada hujung D-galaktosa antigen H, menghasilkan antigen A. Alel B mengekodk 1-3-galaktosiltransferase yang bergabung dengan α-D-galaktosa yang terikat pada hujung D-galaktosa antigen H, menghasilkan antigen B. Dalam kes alel O, ekson 6 mengandungi penghapusan yang mengakibatkan kehilangan aktiviti enzim. Alel O berbeza sedikit daripada alel A dengan penghapusan nukleotida tunggal - guanina di kedudukan 261. Pemadaman menyebabkan anjakan bingkai dan menghasilkan terjemahan protein yang hampir sama sekali berbeza yang tidak mempunyai aktiviti enzim. Ini menyebabkan antigen H kekal tidak berubah dalam kes kumpulan O.

Gabungan glikosiltransferase oleh kedua-dua alel yang terdapat dalam setiap orang menentukan sama ada terdapat jenis darah AB, A, B atau O.

Kegunaan

Glikosiltransferase telah digunakan secara meluas dalam kedua-dua sintesis sasaran glikokonjugat tertentu serta sintesis perpustakaan ubat-ubatan yang diglikosilasi secara berbeza, prob biologi atau produk semula jadi dalam konteks penemuan ubat dan pembangunan ubat (proses yang dikenali sebagai glikoperawakan).^[17] Enzim yang sesuai boleh diasingkan daripada sumber semula jadi atau dihasilkan secara rekombinan. Sebagai alternatif, sistem berasaskan sel keseluruhan menggunakan sama ada penderma glikosil endogen atau sistem berasaskan sel yang mengandungi sistem klon dan dinyatakan untuk sintesis penderma glikosil telah dibangunkan. Dalam pendekatan bebas sel, aplikasi glikosiltransferase berskala besar dalam sintesis glikokonjugat memerlukan akses kepada kuantiti besar penderma glikosil. Sebaliknya, sistem kitar semula nukleotida yang membenarkan sintesis semula penderma glikosil daripada nukleotida yang dibebaskan telah dibangunkan. Pendekatan kitar semula nukleotida mempunyai faedah selanjutnya untuk mengurangkan jumlah nukleotida yang terbentuk sebagai hasil sampingan, dengan itu mengurangkan jumlah perencatan yang disebabkan oleh minat glikosiltransferase - ciri yang biasa diperhatikan bagi hasil sampingan nukleotida.

Lihat juga

• Glikogen sintase
• Glikosilasi

Rujukan

1. Williams, GJ; Thorson, JS (2009). Natural product glycosyltransferases: properties and applications. Advances in Enzymology - and Related Areas of Molecular Biology. 76. m/s. 55–119. doi:10.1002/9780470392881.ch2. ISBN 9780470392881. PMID 18990828.
2. Etzler ME, Varki A, Cummings RL, Esko JD, Freeze HH, Hart GW, penyunting (2008). Essentials of Glycobiology (ed. 2nd). Plainview, N.Y: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 978-0-87969-770-9.
3. Transferases in Membranome database.
4. "Geometric Attributes of Retaining Glycosyltransferase Enzymes Favor an Orthogonal Mechanism". PLOS ONE. 8 (8): e71077. August 2013. Bibcode:2013PLoSO...871077S. doi:10.1371/journal.pone.0071077. PMC 3731257. PMID 23936487.
5. Zhang, C; Griffith, BR; Fu, Q; Albermann, C; Fu, X; Lee, IK; Li, L; Thorson, JS (1 September 2006). "Exploiting the reversibility of natural product glycosyltransferase-catalyzed reactions". Science. 313 (5791): 1291–4. Bibcode:2006Sci...313.1291Z. doi:10.1126/science.1130028. PMID 16946071.
6. Zhang, C; Albermann, C; Fu, X; Thorson, JS (27 December 2006). "The in vitro characterization of the iterative avermectin glycosyltransferase AveBI reveals reaction reversibility and sugar nucleotide flexibility". Journal of the American Chemical Society. 128 (51): 16420–1. doi:10.1021/ja065950k. PMID 17177349.
7. Zhang, C; Fu, Q; Albermann, C; Li, L; Thorson, JS (5 March 2007). "The in vitro characterization of the erythronolide mycarosyltransferase EryBV and its utility in macrolide diversification". ChemBioChem. 8 (4): 385–90. doi:10.1002/cbic.200600509. PMID 17262863.
8. Zhang, C; Moretti, R; Jiang, J; Thorson, JS (13 October 2008). "The in vitro characterization of polyene glycosyltransferases AmphDI and NysDI". ChemBioChem. 9 (15): 2506–14. doi:10.1002/cbic.200800349. PMC 2947747. PMID 18798210.
9. Gantt, RW; Peltier-Pain, P; Cournoyer, WJ; Thorson, JS (21 August 2011). "Using simple donors to drive the equilibria of glycosyltransferase-catalyzed reactions". Nature Chemical Biology. 7 (10): 685–91. doi:10.1038/nchembio.638. PMC 3177962. PMID 21857660.
10. CAZypedia Glycosyltransferases
11. CAZy Glycosyl Transferase
12. Singh, S; Phillips GN, Jr; Thorson, JS (October 2012). "The structural biology of enzymes involved in natural product glycosylation". Natural Product Reports. 29 (10): 1201–37. doi:10.1039/c2np20039b. PMC 3627186. PMID 22688446.
13. Chang, A; Singh, S; Phillips GN, Jr; Thorson, JS (December 2011). "Glycosyltransferase structural biology and its role in the design of catalysts for glycosylation". Current Opinion in Biotechnology. 22 (6): 800–8. doi:10.1016/j.copbio.2011.04.013. PMC 3163058. PMID 21592771.
14. SCOP: Structural Classification of Proteins
15. "Structural insight into the transglycosylation step of bacterial cell-wall biosynthesis". Science. 315 (5817): 1402–5. March 2007. Bibcode:2007Sci...315.1402L. doi:10.1126/science.1136611. PMID 17347437.
16. Kocev, A; Melamed, J; Wang, S; Kong, X; Vlahakis, JZ; Xu, Y; Szarek, WA; Brockhausen, I (June 2020). "Inhibition of bacterial growth and galactosyltransferase activity of WbwC by α, ω-bis(3-alkyl-1H-imidazolium)alkane salts: Effect of varying carbon content". Bioorganic and Medicinal Chemistry. 28 (11): 115494. doi:10.1016/j.bmc.2020.115494. PMID 32312486.
17. Gantt, RW; Peltier-Pain, P; Thorson, JS (October 2011). "Enzymatic methods for glyco(diversification/randomization) of drugs and small molecules". Natural Product Reports. 28 (11): 1811–53. doi:10.1039/c1np00045d. PMID 21901218.