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.

Lähteet

Aiheesta muualla 
Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG): Triose-phosphate isomerase (EC 5.3.1.1) 

Isomeraasit
Metabolia