Trioosifosfaatti-isomeraasi

Trioosifosfaatti-isomeraasi on entsyymi, joka katalysoi glykolyysissä ja glukoneogeneesissä dihydroksiasetonifosfaatin reversiibeliä isomeroitumista glyseraldehydi-3-fosfaatiksi. Trioosifosfaatti-isomeraasin entsyyminumero on EC 5.3.1.1 ja CAS-numero 9023-78-3.

Rakenne ja mekanismi

Trioosifosfaatti-isomeraasi on dimeeri ja koostuu kahdesta samanlaisesta alayksiköstä. Entsyymin ytimen muodostavat kahdeksan samansuuntaista β-laskosta, joita ympäröi kahdeksan α-kierrettä. Tätä rakennetta kutsutaan αβ-tynnyriksi. Tynnyrirakenteen lisäksi entsyymissä on sen toiminnalle tärkeä 11 aminohaposta muodostunut silmukka. Ihmisellä entsyymin tuotantoa ohjaa yksi geeni kromosomissa 12p13.
Tärkeitä aminohappoja trioosifosfaatti-isomeraasin aktiivisessa kohdassa ovat glutamiinihappo ja histidiini. Dihydroksiasetonifosfaatti sitoutuu aktiiviseen kohtaan ja anionimuodossa oleva glutamiinihappo nappaa siltä happaman protonin C1-hiilestä. Histidiini stabiloi tilannetta muodostamalla vetysidoksen, ja sen sivuketjun imidatsolirengas luovuttaa protonin C2-hiileen liittyneelle karbonyylihapelle. Näin muodostuu välituotteena cis-geometrian omaava enedioli. Seuraavassa vaiheessa histidiinin sivuketju ottaa vastaan protonin C1-hiileen kiinnittyneeltä hydroksyyliryhmältä ja glutamiinihappo luovuttaa protonin C2-hiilelle. Näin muodostuva glyseraldehydi-3-fosfaatti vapautuu entsyymistä. Isomerisoituminen on luonteeltaan molekyylinsisäinen hapetus-pelkistysreaktio.
Kun dihydroksiasetonifosfaatti sitoutuu trioosifosfaatti-isomeraasin aktiiviseen kohtaa sulkee silmukka entsyymin. Tämän tarkoituksena on estää cis-enediolivälituotteen hajoaminen fosfaatti-ioniksi ja metyyliglyoksaaliksi. Tämä sivureaktio tapahtuisi ilman entsyymin aktiivisen kohdan sulkeutumista 100 kertaa nopeammin kuin isomeroituminen.
Isomeroitumisreaktion tasapaino on dihydroksidasetonifosfaatin puolella ja tasapainotilassa sitä on 22 kertaa enemmän verrattuna glyseraldehydi-3-fosfaattiin. Glyseraldehydi-3-fosfaattia kuluu kuitenkin nopeasti glykolyysin jatkoreaktioissa, joten tasapaino siirtyy Le Châtelier’n periaatteen mukaisesti glyseraldehydi-3-fosfaatin puolelle. Entsyymin KM-arvo on lähellä dihydroksiasetonifosfaatin diffuusiokerrointa vedessä. Tämä tarkoittaa sitä, että entsyymin nopeuden rajoittava tekijä on substraatin diffundoituminen riittävän lähelle. Trioosifosfaatti-isomeraasi onkin yksi kineettisesti täydellisistä entsyymeistä ja reaktio tapahtuu aina, kun dihydroksiasetonifosfaatti sitoutuu siihen.

Aktivaattorit, inhibiittorit ja olosuhteet

Sinkki-, rauta-, koboltti- ja kaliumioneiden on todettu aktivoivan hiivan trioosifosfaatti-isomeraasin toimintaa. Kaliumionien läsnä ollessa aktiivisuus on jopa 35 kertaa suurempi kuin ilman niitä. Entsyymiä inhibitoivat muun muassa ATP, fosfoglykolihappo sekä arsenaatti- ja arseniitti-ionit.
Entsyymin toiminnalle suotuisimmat olosuhteet vaihtelevat eliöittäin. Se toimii tehokkaimmin 25–50 °C:n lämpötilassa ja pH-alueella 6–8,4. Ihmisellä suotuisin pH trioosifosfaatti-isomeraasin toiminnalle on 7,4.

Trioosifosfaatti-isomeraasin puutos

Trioosifosfaatti-isomeraasin tuotantoa ohjaavassa geenissä tunnetaan 14 mutaatiota. Yleisimmän mutaation seurauksena glutamiinihappo vaihtuu asparagiinihapoksi. Tämä johtaa epästabiiliin entsyymiin. Vähäinen trioosifosfaatti-isomeraasin määrä nostaa elimistön metyyliglyoksaalipitoisuutta, mikä aiheuttaa ylimääräistä proteiinien glykaatiota ja nitrosaatiota. Puutostilan oireita ovat hemolyyttinen anemia ja siitä aiheutuva keltatauti, lihasten heikkous ja motoristen kykyjen kehittymättömyys.