磷酸化修饰位点氨基酸
TIGAR与PFK-2/FBPase-2的双磷酸酶结构域具有相似性
在将TIGAR确定为骨p53靶点后,我们检查了TIGAR蛋白序列,以寻找任何可能的功能信息。利用全基因组数据库中预测的氨基酸序列,发现TIGAR与磷酸甘油酸变位酶(PGM)家族中的蛋白质有相似之处。这种相似性主要限于催化区域,在这些区域中,观察到与编码酶6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase(PFK-2/FBPase-2)的四个基因(pfkfb1-4)的不同异构体产物的双磷酸酶域的相似性最高(图3A)(Okar等人,2001年)。PFK-2/FBPase-2是一种双功能酶,具有激酶和双磷酸酶活性,在该蛋白的每个亚基上的不同位点被催化。激酶结构域PFK-2位于酶的NH2末端,双磷酸酶结构域FBPase-2位于COOH末端。有趣的是,TIGAR与PFK-2/FBPase-2的相似性仅限于双磷酸酶结构域。虽然总体上TIGAR和FBPase-2之间的序列相似性相对较弱,但FBPase-2结构域中先前被确定为催化活性必不可少的区域在TIGAR中保存得很好(图3A)。这些包括构成活性位点的催化三联体的三个氨基酸(H、E和H;图3A)(Lin等人,1992年)和具有PGM家族特征的RHG签名(图3A,区域1)(Bazan等人,1989年)。虽然TIGAR与PGM家族所有成员的这些区域具有相似性,但催化三联体的第三个残基(H)周围的序列与PFK2/FBPase-2的双磷酸酶区的对应区域之间的序列比其他PGM家族成员更相似(图3A,区域2)。这些区域在不同物种的TIGAR中也是保守的(图2A)。综上所述,这些观察结果表明,TIGAR可能具有果糖二磷酸酶的功能,但不能预测与全长PFK-2/FBPase相关的任何激酶活性。
PFK-2/FBPase-2调节细胞内 果糖-2,6-二磷酸(Fru-2,6-P2)的 合成(通过PFK-2) 和
降解(通过FBPase-2),果糖-2,6-二磷酸(Fru-2,6-P2)是6-磷酸果糖-1-激酶(PFK-1)的有效正变构效应物,可刺激糖酵解。
果糖-2,6-二磷酸(Fru-2,6-P2)也是果糖-1,6-二磷酸酶(FBPase-1)的抑制剂,FBPase-1是糖异生的调节酶。
FBPase-2的作用是降低Fu-2,6-P的水平,从而降低PFK-1的活性(糖酵解↓),增强FBPase-1的活性,从而抑制糖酵解。
为了确定TIGAR是否能够以类似于FBPase-2的方式发挥作用,我们检测了转染后瞬时或结构性过表达TIGAR的Fru-2,6-P2in细胞的水平(图3B)。这些实验表明,在TIGAR表达后,Fru-2,6-P水平出现了可重复的下降。这种下降的程度与只表达双磷酸酶结构域(FBPase-2)的截短形式的PFK-2/FBPase-2的表达情况相当(图3B)。为了评估TIGAR中与FBPase-2结构域中催化三联体的关键残基相似的三个氨基酸(H、E和H;图3A)是否是假定的双磷酸酶活性的活性位点,我们产生了TIGAR-TM突变体(三个突变体H11A/E102A/H198A)。有趣的是,这些氨基酸的突变,被证明是FBPase-2酶活性所必需的,取消了TIGAR表达降低Fr2,6-P2mRNA水平的能力(图3B)。为了建立内源性TIGAR的活性,我们检查了siRNA敲除的影响(图3C)。正如预测的那样,降低TIGAR的表达会导致Fru-2,6-P水平的升高。进一步分析表明,在过度表达TIGAR的细胞中,Fru-2,6-P2水平的降低与依赖IL-3的Pro-B
FL5.12细胞系(图3D)和人U2OS细胞(图3E)的糖酵解率降低相关。虽然这种影响不大,但与FBPase-2结构域表达后糖酵解减少的程度相似(图3e)。此外,使用siRNA抑制内源性TIGAR的表达导致糖酵解率增加(图S3)。
找到庆大霉素生物合成最后一块“拼图”
近日,《美国化学会—催化》发表了武汉大学药学院教授孙宇辉课题组与英国剑桥大学、巴西圣保罗大学等机构研究人员关于庆大霉素双脱氧催化机制的合作研究成果。研究人员通过遗传学、生物化学和结构生物学等多学科研究方法,成功揭示了庆大霉素生物合成中双脱氧修饰的过程和催化机理,找到了庆大霉素复杂生物合成途径的最后一块“拼图”。
庆大霉素作为氨基糖苷类抗生素的经典代表,曾一度是治疗革兰氏阴性细菌感染的首选药物。但伴随着日益严重的抗生素耐药性问题,以及庆大霉素自身的肾毒性和耳毒性,如何通过合成生物学方法研制出更高效和安全的庆大霉素等新型氨基糖苷类药物,已成为人们的迫切愿望。
课题组通过对可能涉及双脱氧的PLP依赖的转氨酶候选编码基因进行体内遗传敲除,证实了GenB3和GenB4参与该过程,并通过鉴定的数个中间产物,说明该过程实际上包括连续的脱双羟基和双键还原步骤。再经GenB3和GenB4的重组表达,并以分离获得的中间产物为底物进行严格的体外生化验证,研究人员发现脱双羟基并非单一的反应,除了磷酸化酶GenP负责的中间体磷酸化之外,还包含了连续的脱磷酸、异构化、脱氨基和转氨过程,而这些复杂的变化均由GenB3单独催化完成。
研究人员表示,GenB4主导的双键还原并未使用还原型辅酶,而是非常规地通过亚氨基水解,间接地实现了还原,再通过GenB3转氨,得到最终庆大霉素C组分产物。这个过程也因为不同寻常的还原方式,在同一位点反复脱氨或转氨多达4次。整个催化过程在简单的表象之下蕴藏着自然界天然产物独特而精彩的催化机理。课题组还发现GenB3和GenB4虽然氨基酸序列极其相似,但功能却不尽相同。通过对其蛋白晶体的结构解析,表明GenB3中第57位的Ser和GenB4中第52位Asp可能是引发其功能不同的关键所在,即仅仅一个氨基酸位点的不同,最终决定了两者功能的巨大差异。(温才妃 李芸)
来源: 《中国科学报》
找到庆大霉素生物合成最后一块“拼图”
维生素C能治疗糖尿病吗?维生素B2能治疗偏头痛吗?维生素B6和B12能治疗H型高血压吗?
维生素C又名抗坏血酸,是人体必需的水溶性维生素,参与氨基酸代谢、神经递质的合成、胶原蛋白和组织细胞间质的合成。可降低毛细血管的通透性,加速血液的凝固,刺激凝血功能,促进铁在肠内吸收,促使血脂下降,增加对感染的抵抗力,参与解毒功能,且有抗组胺的作用及阻止致癌物质(亚硝胺)生成的作用。用于维生素C缺乏症的预防及治疗,如急慢性传染病时,消耗量增加,宜适当补充。病后恢复期,创伤愈合不良者,也应适当补充。用于肝硬化、急性肝炎和砷、汞、铅、苯等慢性中毒时的肝脏损害。
控制饮食、控制血压和血脂、坚持运动、保持匀称的体型是预防糖尿病的有效方法。维生素C是一种抗氧化剂,可对抗机体内的氧化应激反应,清除氧自由基,阻止自由基破坏DNA、蛋白质和脂肪酸,有研究发现,每日摄入200mg维生素C,可以降低糖尿病的风险。鲜枣、猕猴桃、火龙果、番石榴、青椒、芥菜、菜花、大白菜、番茄等果蔬富含维生素C,是饮食补充维生素C的首选。
此外,还有研究发现,每日摄入1000mg维生素C,可改善空腹血糖、餐后血糖和糖化血红蛋白,还能降低血压和血脂,减少糖尿病并发症的风险,这可能是由于维生素C与葡萄糖具有相似的结构,可以竞争性抑制葡萄糖吸收,但是需要注意,1000mg维生素C剂量较大,无论饮食、保健品还是药物,都可能会引起不良事件,应该遵医嘱谨慎使用。
维生素B2又名核黄素,是人体必需的水溶性维生素,广泛存在于乳类、鱼类、肉类、绿叶蔬菜及谷麦中,烹饪中容易损失。维生素B2是体内黄素酶类辅基的组成部分,可参与糖、脂肪、蛋白质和核酸的代谢,促进机体的生长发育,如指甲、皮肤和毛发的正常生长,影响人体对铁的吸收,维持正常的视觉功能,并可激活维生素B6,将色氨酸转化为烟酸,可能与维持红细胞的完整性有关。适用于防治维生素B2缺乏所致的口角炎、唇干裂、舌炎、阴囊炎、角膜血管化、结膜炎、脂溢性皮炎等。
维生素B2可促进细胞内氧化-还原反应,维持线粒体的正常功能,能减少偏头痛的发作频率,用于偏头痛的预防性治疗,推荐剂量为400mg/日,宜从小剂量起始,逐步增加至最佳有效剂量。
维生素B6又名吡哆醇,是人体必需的水溶性维生素,广泛存在于肉类、全谷、蔬菜、坚果等食物中,烹饪中仅少量损失。维生素B6与ATP在体内经酶的作用转化成具有生理活性的磷酸吡哆醛和磷酸吡多胺,它是某些氨基酸的氨基转移酶、脱羧酶和消化酶的辅酶,对蛋白质、碳水化合物、脂肪的各种代谢功能起作用,如参与脑中抑制性递质γ-氨基丁酸的产生及色氨酸转化为烟酸的过程,并与白细胞、血红蛋白的生成有关。适用于防治因大量或长期服用异烟肼、肼屈嗪等引起的周围神经炎、失眠、不安,减轻抗癌药和放射治疗引起的恶心、呕吐或妊娠呕吐等,可能还有助于白细胞减少症。
维生素B12又名钴胺素,是一种含钴的红色化合物,广泛存在于动物内脏、肉类、蛋类、奶类等食物中,烹饪中会有所损失。维生素B12需转化为甲钴胺和辅酶B12后才具有活性,甲钴胺通过促进神经细胞内核酸和蛋白质以及神经髓鞘的合成,修复受损伤的周围神经。维生素B12缺乏时,可导致甲基丙二酸排泄增加和脂肪酸代谢异常,这很可能是神经系统病变的原因之一。适用于巨幼细胞贫血和多发性周围神经炎、神经痛、神经萎缩等神经系统疾病。
同型半胱氨酸是蛋氨酸的中间代谢产物,是一种毒性氨基酸,它可以引起氧化应激反应,促进血栓形成,损害血管内皮细胞,升高血脂,并可活化血管紧张素转化酶,促进血管紧张素II的产生,从而促进高血压的形成和发展,最终引起血管增生和动脉粥样硬化。H型高血压即高血压合并高同型半胱氨酸血症(Hcy≥10μmol/L),H型高血压患者脑卒中和冠心病的发病率显著增加,因此,同型半胱氨酸水平增高是发生心脑血管疾病的独立危险因素。
同型半胱氨酸在体内有两条主要代谢途径,一条代谢途径是在维生素B6和胱硫醚β-合成酶的协助下,转变为无毒的半胱氨酸,另一条代谢途径是在叶酸和维生素B12的调控下,转化为甲硫氨酸,最终通过肾脏经尿液排出体外,从而达到降低血中同型半胱氨酸的目的,因此,血液同型半胱氨酸水平升高可能反映了缺乏叶酸、维生素B6和维生素B12,叶酸是主要决定因素,而维生素B6和维生素B12是较弱的决定因素。因此,推荐高血压伴有高同型半胱氨酸血症的患者每天服用叶酸0.8mg,同时可以配合服用维生素B6 (10mg)和维生素B12(0.4mg)。#健康明星计划# #谣零零计划#