Geranyltransferas

geranyltransferasidentifierare
_
EG nr.	2.5.1.10
CAS-nr.	37277-79-5
Databaser
IntEnz	IntEnz-vy
BRENDA	BRENDA inträde
ExPASy	NiceZyme-vy
KEGG	KEGG inträde
MetaCyc	Metabolisk väg
PRIAM	profil
PDB- strukturer	RCSB PDB PDBe PDB summa
Genontologi	AmiGO / QuickGO
Sök PMC artiklar PubMed artiklar NCBI proteiner

Inom enzymologi är ett geranyltransferas ( EC 2.5.1.10 ) ett enzym som katalyserar den kemiska reaktionen

geranyldifosfat + isopentenyldifosfat $\rightleftharpoons$ difosfat + trans,trans-farnesyldifosfat

Således är de två substraten för detta enzym geranyldifosfat (en 10 kol-prekursor) och isopentenyldifosfat (en 5-kol-prekursor) medan dess två produkter är difosfat och trans,trans-farnesyldifosfat (en 15-kolprodukt).

Detta enzym tillhör familjen transferaser , speciellt de som överför andra aryl- eller alkylgrupper än metylgrupper.

Nomenklatur

Det systematiska namnet på denna enzymklass är geranyl-difosfat:isopentenyl-difosfat geranyltransferas. Andra namn i vanligt bruk inkluderar:

• farnesyl-difosfatsyntas
• geranyltransferas I
• prenyltransferas
• farnesylpyrofosfatsyntetas
• farnesylpyrofosfatsyntetas

Vanliga förkortningar inkluderar: FPS, FDS, FPPS och FDPS.

Strukturera

Strukturen och mekanismen för farnesylpyrofosfatsyntas (FPPS), en typ av geranyltransferas, är väl karakteriserad. FPPS är ett ~30 kDa Mg ²⁺ beroende homodimert enzym som syntetiserar (E, E)-farnesylpyrofosfat på ett successivt sätt från två ekvivalenter av isopentenylpyrofosfat (IPP) och dimetylallylpyrofosfat (DMAPP).

Kristallstruktur av FPPS-homodimeren med IPP- och DMAPP-analog, DMSPP (PDB ID: 1RQI). Monomerer visas i magenta och mörkblått. Rester i den hydrofoba fickan är markerade med gult. Basen av fickan bildas av resten i grönt (en fenylalanin). En 90 graders roterad monomerstruktur visas i insats 1 för att markera den hydrofoba fickan. En vy ovanifrån av det aktiva stället visas i insats 2 tillsammans med det aspartatmedierade trinukleära Mg ²⁺ (silverkulor) katalytiska centrumet. Bilder genererade i PyMOL .

FPPS antar en 3-lagers α-helixvikning som är karakteristisk för många prenyltransferaser med 11 helixar och flexibla loopar emellan. De centralt placerade helixarna (α4 och α8) innehåller konserverade aspartatmotiv (DDXXD) som deltar i substratbindning och katalys. Motivaspartatrester, vattensyrer och pyrofosfat koordinerar tre Mg ²⁺ på ett oktaedriskt sätt. Det trinukleära Mg ²⁺ -komplexet är avgörande för att binda DMAPP och stabilisera den lämnande pyrofosfatgruppen medan den växande kolvätesvansen kilar in i en djup hydrofob ficka. Platsstyrda mutagenesstudier har visat att den slutliga längden av isoprenoidprodukten bestäms av skrymmande rester (ofta fenylanin) vid den hydrofoba fickans bas.

Mekanism

Från kristallstrukturer och kinetiska analyser, antas det att FPPS katalyserar kondensationsreaktionen i tre samordnade steg: (1) jonisering, (2) kondensation och (3) eliminering.

I det första steget stabiliserar tre Mg ²⁺ den anjoniska lämnande gruppen, pyrofosfat, på dimetylallylpyrofosfat (DMAPP). Förlusten av pyrofosfat bildar dimetylallylkatjon. I det andra steget utför den reaktiva C3-C5-dubbelbindningen i isopentylpyrofosfat (IPP) en nukleofil attack på den tidigare bildade dimetylallylkatjonen. Det sista steget involverar pyrofosfat som hålls i det trinukleära Mg ²⁺ -centret och fungerar som en katalytisk bas i en elimineringsreaktion för att bilda geranylpyrofosfat. En andra omgång av geranylpyrofosfatjonisering, kondensation med IPP och eliminering bildar farnesylpyrofosfat.

Fungera

Geranyltransferaser är en evolutionärt konserverad klass av enzymer i Archaea, Bacteria och Eukarya som deltar i ett brett spektrum av biosyntetiska vägar inklusive kolesterol , porfyrin , karotenoider , ubikinon och isoprenoider . Olika studier har lokaliserat FPPS i kloroplaster, mitokondrier, cytosol och peroxisomer.

FPPS, ett geranyltransferas, katalyserar reaktioner (visas med röda pilar) centrala för många biosyntetiska vägar.

Vid kolesterolsyntes konsumeras produkten, farnesylpyrofosfat, i en reduktiv svans-till-svanskondensation med ett annat farnesylpyrofosfat för att bilda en 30-kolförening som kallas skvalen av skvalensyntas . Genom flera biosyntetiska steg omvandlas skvalen till lanosterol , en direkt föregångare för kolesterol. Särskilt steroler FPPS-uttryck genom två cis-reglerande faktorer (en inverterad CAAT-box och SRE-3) i den proximala FPPS-promotorn. Hos växter utgör porfyrin och karotenoider tillbehörspigment som hjälper till att fånga ljus i fotosystemen . Ubiquinon är en viktig elektronbärare i elektrontransportkedjan för cellandning . Isoprenoider är en stor grupp av föreningar som fungerar som biosyntetiska prekursorer för lipider och hormoner .

Farnesyl- och geranylpyrofosfat fungerar också som prekursorer för prenylerade proteiner. Prenylering är en vanlig typ av kovalent posttranslationell modifiering vid C-terminala CaaX-motiv som gör att proteiner kan lokaliseras till membran eller binda till varandra. Ett anmärkningsvärt exempel på det förra är farnesyleringen av små G-proteiner inklusive Ras , CDC42 , Rho och Rac. Fästningen av en hydrofob alifatisk kedja som de som finns i farnesyl- eller geranylgeranylgrupper gör att små G-proteiner kan bindas från membran och utföra effektorfunktioner.

Inriktning mot droger

FPPS är målet för bisfosfonatläkemedel som Fosamax ( alendronat ) och Actonel ( risedronat ). Bisfosfonatläkemedel ordineras vanligtvis för skelettsjukdomar inklusive Pagets sjukdom , osteolytiska metastaser och postmenopausal osteoporos . Bisfosfonatläkemedel hjälper till att upprätthålla benvävnad hos osteoporotiska patienter och minskar blodkalciumnivåerna hos hyperkalcemiska patienter genom att hämma FPPS i benreabsorberande osteoklaster . Ett ternärt FPPS-IPP-risendronatkomplex visade att risendronat binder till det trinukleära Mg ²⁺ -komplexet och interagerar med den hydrofoba fickan på ett sätt som liknar DMAPP.