Glykosyltransferase - Glycosyltransferase

Die meisten Glycosyltransferase-Enzyme bilden eine von zwei Falten: GT-A oder GT-B

Glykosyltransferasen ( GTFs , Gtfs ) sind Enzyme ( EC 2.4 ), die natürliche glykosidische Bindungen aufbauen . Sie katalysieren die Übertragung von Saccharid - Einheiten von einem aktivierten Nucleotidzucker (auch bekannt als der „ Glycosyl - Donor “) zu einem nucleophilen Glycosyl - Akzeptor - Moleküle, das Nucleophil davon sein kann Sauerstoff - Kohlenstoff -, Stickstoff - oder Schwefel -Basis.

Das Ergebnis des Glykosyltransfers kann ein Kohlenhydrat , Glykosid , Oligosaccharid oder ein Polysaccharid sein . Einige Glycosyltransferasen katalysieren die Übertragung auf anorganisches Phosphat oder Wasser . Eine Glycosylübertragung kann auch auf Proteinreste erfolgen , gewöhnlich auf Tyrosin , Serin oder Threonin , um O-verknüpfte Glycoproteine ​​zu ergeben , oder auf Asparagin , um N-verknüpfte Glycoproteine ​​zu ergeben. Mannosylgruppen können auf Tryptophan übertragen werden , um C-Mannosyltryptophan zu erzeugen , das in Eukaryoten relativ häufig vorkommt. Transferasen können auch Lipide als Akzeptor verwenden, wodurch Glykolipide gebildet werden , und sogar lipidgebundene Zuckerphosphat-Donoren verwenden, wie Dolicholphosphate in eukaryontischen Organismen oder Undecaprenylphosphat in Bakterien.

Glykosyltransferasen, die Zuckernukleotiddonoren verwenden, sind Leloir-Enzyme , nach Luis F. Leloir , dem Wissenschaftler, der das erste Zuckernukleotid entdeckte und 1970 den Nobelpreis für Chemie für seine Arbeiten zum Kohlenhydratstoffwechsel erhielt. Glykosyltransferasen , die Nicht-Nucleotid - Donatoren wie verwenden Dolichol oder Polyprenols Pyrophosphat sind nicht-Leloir - Glycosyltransferasen .

Säugetiere verwenden nur 9 Zuckernukleotiddonatoren für Glykosyltransferasen: UDP-Glucose , UDP-Galactose , UDP-GlcNAc , UDP-GalNAc , UDP-Xylose , UDP-Glucuronsäure , GDP-Mannose , GDP-Fucose und CMP-Sialinsäure . Das Phosphat bzw. die Phosphate dieser Donormoleküle werden normalerweise von zweiwertigen Kationen wie Mangan koordiniert, es existieren jedoch metallunabhängige Enzyme.

Viele Glycosyltransferasen sind Single-Pass-Transmembranproteine , und sie sind normalerweise an Membranen des Golgi-Apparats verankert

Mechanismus

Glycosyltransferasen können in "erhaltende" oder "invertierende" Enzyme unterteilt werden, je nachdem, ob die Stereochemie der anomeren Bindung des Donors während des Transfers beibehalten (α→α) oder invertiert (α→β) ist. Der Umkehrmechanismus ist unkompliziert und erfordert einen einzigen nukleophilen Angriff des akzeptierenden Atoms, um die Stereochemie umzukehren.

Der Retentionsmechanismus war umstritten, aber es gibt starke Beweise gegen einen doppelten Verdrängungsmechanismus (der zwei Umkehrungen des anomeren Kohlenstoffs für eine Nettoretention der Stereochemie bewirken würde) oder einen dissoziativen Mechanismus (von dem eine vorherrschende Variante als . bekannt war) SNi). Es wurde ein "orthogonal assoziativer" Mechanismus vorgeschlagen, der, ähnlich wie die invertierenden Enzyme, nur einen einzigen nukleophilen Angriff von einem Akzeptor aus einem nichtlinearen Winkel (wie in vielen Kristallstrukturen beobachtet) erfordert, um eine Anomerretention zu erreichen.

Reaktionsumkehrbarkeit

Die kürzliche Entdeckung der Reversibilität vieler Reaktionen, die durch invertierende Glycosyltransferasen katalysiert werden, führte zu einem Paradigmenwechsel auf diesem Gebiet und wirft Fragen hinsichtlich der Bezeichnung von Zuckernukleotiden als „aktivierte“ Donoren auf.

Klassifizierung nach Sequenz

Sequenzbasierte Klassifikationsverfahren haben sich als leistungsfähige Methode zur Generierung von Hypothesen für die Proteinfunktion basierend auf dem Sequenz-Alignment zu verwandten Proteinen erwiesen. Die kohlenhydrataktive Enzymdatenbank präsentiert eine sequenzbasierte Einteilung von Glykosyltransferasen in über 90 Familien. Es wird erwartet, dass innerhalb jeder der Familien dieselbe dreidimensionale Faltung auftritt.

Struktur

Im Gegensatz zu der Diversität von 3D-Strukturen, die für Glycosidhydrolasen beobachtet wurden , haben Glycosyltransferase einen viel kleineren Strukturbereich. Tatsächlich wurden laut der Datenbank Strukturelle Klassifikation von Proteinen nur drei verschiedene Faltungen für Glycosyltransferasen beobachtet. Vor kurzem wurde eine neue Glycosyltransferase-Faltung für die Glycosyltransferasen identifiziert, die an der Biosynthese des NAG-NAM-Polymerrückgrats von Peptidoglycan beteiligt sind .

Inhibitoren

Viele Inhibitoren von Glykosyltransferasen sind bekannt. Einige davon sind Naturstoffe, wie Moenomycin , ein Inhibitor von Peptidoglycan-Glycosyltransferasen, die Nikkomycine , Inhibitoren der Chitin-Synthase, und die Echinocandine , Inhibitoren von Pilz- β-1,3-Glucansynthasen . Einige Glycosyltransferase-Inhibitoren werden als Medikamente oder Antibiotika verwendet. Moenomycin wird in Tierfutter als Wachstumsförderer verwendet. Caspofungin wurde aus den Echinocandinen entwickelt und wird als Antimykotikum verwendet. Ethambutol ist ein Inhibitor der mykobakteriellen Arabinotransferasen und wird zur Behandlung von Tuberkulose eingesetzt. Lufenuron ist ein Inhibitor der Insekten-Chitin-Synthese und wird zur Bekämpfung von Flöhen bei Tieren eingesetzt. Synthetische Inhibitoren von Glycosyltransferasen auf Imidazolium- Basis wurden zur Verwendung als antimikrobielle und antiseptische Mittel entwickelt.

Determinante der Blutgruppe

Das ABO-Blutgruppensystem wird dadurch bestimmt, welche Art von Glykosyltransferasen im Körper exprimiert werden.

Der ABO -Genlocus , der die Glycosyltransferasen exprimiert, hat drei allelische Hauptformen: A, B und O. Das A-Allel kodiert 1-3-N-Acetylgalactosaminyltransferase, die α- N-Acetylgalactosamin an das D-Galactose-Ende des H-Antigens bindet und das A . produziert Antigen. Das B-Allel kodiert für 1-3-Galactosyltransferase, die die an das D-Galactose-Ende des H-Antigens gebundene α-D-Galactose verbindet, wodurch das B-Antigen entsteht. Im Falle des O-Allels enthält das Exon 6 eine Deletion, die zu einem Verlust der enzymatischen Aktivität führt. Das O-Allel unterscheidet sich geringfügig vom A-Allel durch die Deletion eines einzelnen Nukleotids – Guanin an Position 261. Die Deletion verursacht eine Rasterverschiebung und führt zur Translation eines fast vollständig anderen Proteins, dem die enzymatische Aktivität fehlt. Dies führt dazu, dass das H-Antigen im Fall von O-Gruppen unverändert bleibt.

Die Kombination der Glykosyltransferasen durch beide Allele, die bei jeder Person vorhanden sind, bestimmt, ob es eine AB-, A-, B- oder O-Blutgruppe gibt.

Verwendet

Glykosyltransferasen werden sowohl bei der gezielten Synthese spezifischer Glykokonjugate als auch bei der Synthese unterschiedlich glykosylierter Bibliotheken von Arzneimitteln, biologischen Sonden oder Naturstoffen im Rahmen der Arzneimittelforschung und Arzneimittelentwicklung (ein als Glykorandomisierung bekannter Prozess ) weit verbreitet eingesetzt. Geeignete Enzyme können aus natürlichen Quellen isoliert oder rekombinant hergestellt werden. Als Alternative wurden ganzzellbasierte Systeme entwickelt, die entweder endogene Glycosyldonoren verwenden oder zellbasierte Systeme, die klonierte und exprimierte Systeme zur Synthese von Glycosyldonoren enthalten. Bei zellfreien Ansätzen erforderte die großtechnische Anwendung von Glycosyltransferasen für die Glycokonjugatsynthese den Zugang zu großen Mengen der Glycosyldonoren. Auf der anderen Seite wurden Nukleotid-Recycling-Systeme entwickelt, die die Resynthese von Glycosyl-Donoren aus dem freigesetzten Nukleotid ermöglichen. Der Nukleotid-Recycling-Ansatz hat den weiteren Vorteil, die Menge an Nukleotid, die als Nebenprodukt gebildet wird, zu reduzieren, wodurch das Ausmaß der Hemmung der interessierenden Glycosyltransferase reduziert wird – ein häufig beobachtetes Merkmal des Nukleotid-Nebenprodukts.

Siehe auch

• Kohlenhydratchemie
• Chemische Glykosylierung
• Glucuronosyltransferase
• Glykogensynthase
• Glykosylakzeptor
• Glykosyldonor
• Glykosylierung
• Oligosaccharidtransferase

Verweise