Ribosa-5-fosfat isomerase

Ribosa-5-fosfat isomerase (Rpi) yang dikodkan oleh gen RPIA ialah enzim (EC 5.3.1.6) yang memangkinkan penukaran antara ribosa-5-fosfat (R5P) dan ribulosa-5-fosfat (Ru5P). Ia merupakan ahli kelas isomerase yang lebih besar yang memangkinkan pertukaran antara isomer kimia (dalam kes ini, isomer struktur pentosa). Ia memainkan peranan penting dalam metabolisme biokimia dalam kedua-dua laluan pentosa fosfat dan kitaran Calvin. Nama sistematik kelas enzim ini ialah D-ribosa-5-fosfat aldosa-ketosa-isomerase.

 Struktur 

 Gen 
RpiA pada manusia dikodkan pada kromosom kedua pada lengan pendek (lengan p) di kedudukan 11.2. Urutan pengekodannya adalah hampir 60,000 pasangan bes panjang.U.S. National Library of Medicine http://ghr.nlm.nih.gov/gene/RPIA Satu-satunya mutasi genetik yang berlaku secara semula jadi mengakibatkan kekurangan isomerase ribosa-5-fosfat, dan dibincangkan di bawah. Enzim ini dianggap telah wujud dalam kebanyakan sejarah evolusi. Eksperimen kalah mati yang dijalankan ke atas gen pelbagai spesies yang mengekod RpiA telah menunjukkan sisa terpelihara dan motif struktur yang serupa, menunjukkan asal usul gen purba.

 Protein 
kiri|thumb| Gambar rajah struktur enzim ribosa-5-fosfat isomerase oleh Zhang, et al.
Rpi wujud sebagai dua protein yang berbeza, dipanggil RpiA dan RpiB. Walaupun RpiA dan RpiB memangkinkan tindak balas yang sama, mereka tidak menunjukkan urutan atau homologi struktur keseluruhan. Menurut Jung et al., penilaian RpiA menggunakan SDS-PAGE menunjukkan bahawa enzim adalah homodimer bagi subunit 25 kDa. Jisim molekul dimer RpiA didapati 49 kDa melalui penapisan gel. Baru-baru ini, struktur kristal RpiA telah ditentukan.

Disebabkan oleh peranannya dalam laluan pentosa fosfat dan kitaran Calvin, RpiA sangat terpelihara dalam kebanyakan organisma, seperti bakteria, tumbuhan dan haiwan. RpiA memainkan peranan penting dalam metabolisme tumbuhan dan haiwan kerana ia terlibat dalam kitaran Calvin yang wujud dalam tumbuhan, dan laluan pentosa fosfat dalam tumbuhan serta haiwan.

Semua ortolog enzim mengekalkan struktur kuaterner tetramer yang tidak simetri dengan celah yang mengandungi tapak aktif. Setiap subunit terdiri daripada lima helaian β. Helaian β ini dikelilingi di kedua-dua belah oleh α-heliks. Motif αβα ini tidak biasa dalam protein lain, mencadangkan kemungkinan homologi dengan enzim lain. Molekul enzim yang berasingan disatukan oleh sentuhan yang sangat berkutub di permukaan luar monomer. Ada andaian bahawa tapak aktif terletak di mana berbilang β-sheet terminal C berkumpul dalam celah enzim. Celah ini mampu bertutup apabila fosfat dikenal pasti di pentosa (atau perencat fosfat yang sesuai). Tapak aktif diketahui mengandungi sisa terpelihara bersamaan dengan Asp81, Asp84 dan Lys94 dalam sisa E. coli, dan terlibat secara langsung dalam pemangkinan.

 Mekanisme 
Dalam tindak balas, akibat keseluruhannya ialah pergerakan kumpulan karbonil daripada nombor karbon 1 ke nombor karbon 2; ini dicapai dengan tindak balas yang melalui perantaraan enediol (Rajah 1). Melalui mutagenesis terarah tapak, Asp87 bayam RpiA telah dicadangkan untuk memainkan peranan sebagai bes umum dalam pertukaran R5P kepada Ru5P.

800x800px

Langkah pertama dalam pemangkinan ialah pemasukan pentosa ke dalam tapak aktif dalam celah enzim, diikuti dengan penutupan alosterik celahan. Enzim ini mampu mengikat dengan R5P dalam bentuk rantai terbuka atau cincin gula-fosfat. Jika ia mengikat cincin furanosa, ia seterusnya membuka cincin. Kemudian, enzim membentuk eneldiol yang distabilkan oleh residu lisina atau arginina. Pengiraan telah menunjukkan bahawa penstabilan ini ialah penyumbang paling ketara kepada keseluruhan aktiviti pemangkin isomerase ini dan beberapa yang lain sepertinya.

 Fungsi 
Protein yang dikodkan oleh gen RPIA ialah enzim yang memangkinkan penukaran boleh balik antara ribosa-5-fosfat dan ribulosa-5-fosfat dalam laluan pentosa-fosfat. Gen ini sangat terpelihara dalam kebanyakan organisma. Enzim memainkan peranan penting dalam metabolisme karbohidrat. Mutasi dalam gen ini menyebabkan kekurangan ribosa 5-fosfat isomerase. Pseudogen ditemui di kromosom 18.

 Laluan pentosa fosfat 
Dalam bahagian bukan oksidatif laluan pentosa fosfat, RPIA menukarkan Ru5P kepada R5P yang kemudiannya ditukarkan oleh ribulosa-fosfat 3-epimerase kepada xilulosa-5-fosfat (rajah 3).  Hasil tindak balas pada asasnya ialah penukaran pentosa fosfat kepada perantaraan yang digunakan dalam laluan glikolisis. Di bahagian oksidatif laluan pentosa fosfat, RpiA menukarkan Ru5P kepada produk akhir, R5P, melalui tindak balas pengisomeran (rajah 3). Bahagian oksidatif laluan ialah sumber utama untuk NADPH yang diperlukan dalam tindak balas biosintetik dan perlindungan terhadap spesies oksigen reaktif.

Fail:Final-_calvin_and_PPP.JPG

 Kitaran Calvin 
Dalam kitaran Calvin, tenaga daripada pembawa elektron digunakan dalam penetapan karbon, penukaran karbon dioksida dan air kepada karbohidrat. RPIA adalah penting dalam kitaran kerana Ru5P yang dihasilkan daripada R5P kemudiannya ditukar kepada ribulosa-1,5-bifosfat (RuBP), penerima karbon dioksida dalam tindak balas gelap pertama fotosintesis (Rajah 3). Hasil langsung tindak balas karboksilase RuBP ialah gliseraldehid-3-fosfat; ini kemudiannya digunakan untuk membuat karbohidrat yang lebih besar. Gliseraldehid-3-fosfat ditukar kepada glukosa yang kemudiannya ditukar oleh tumbuhan kepada bentuk simpanan (cth., kanji atau selulosa) atau digunakan untuk tenaga.

 Kepentingan klinikal 
Gen isomerase ribose-5-fosfat bermutasi dalam gangguan yang jarang berlaku, kekurangan isomerase ribosa-5-fosfat. Penyakit ini hanya mempunyai seorang pesakit yang dikenali, dan didiagnosis pada tahun 1999. Ia didapati disebabkan oleh gabungan dua mutasi. Mutasi pertama ialah pemasukan kodon hentian pramatang ke dalam gen yang mengekodkan isomerase, dan yang kedua ialah mutasi salah deria. Patologi molekul masih belum jelas.

 RpiA dan hepatokarsinogenesis 
Manusia ribosa-5-fosfat isomerase A (RpiA) memainkan peranan dalam karsinoma hepatosel manusia (HCC). Peningkatan ketara dalam ekspresi RpiA dikesan dalam biopsi tumor pesakit HCC dan dalam susunan tisu kanser hati. Satu hal penting ialah analisis klinikopatologi menunjukkan bahawa tahap mRNA RpiA sangat rapat dengan peringkat klinikal, gred, saiz tumor, jenis, pencerobohan dan tahap alfa-fetoprotein dalam pesakit HCC. Di samping itu, keupayaan RpiA untuk mengawal percambahan sel dan pembentukan koloni dalam garisan sel kanser hati yang berbeza memerlukan isyarat ERK serta modulasi negatif aktiviti PP2A, dan bahawa kesan RpiA boleh dimodulasi dengan penambahan sama ada perencat PP2A atau pengaktif. Ia menunjukkan bahawa ekspresi berlebihan RpiA boleh mendorong onkogenesis dalam HCC.

 RpiA dan parasit malaria 
RpiA menjana perhatian apabila enzim didapati memainkan peranan penting dalam patogenesis parasit Plasmodium falciparum, agen penyebab malaria. Sel Plasmodium mempunyai keperluan kritikal terhadap bekalan besar kuasa pengurangan NADPH melalui PPP untuk menyokong pertumbuhan pesat mereka. Keperluan NADPH juga diperlukan untuk menyahtoksikkan hem, produk penguraian hemoglobin. Tambahan pula, Plasmodium mempunyai keperluan yang sengit terhadap pengeluaran asid nukleik untuk menyokong percambahan pesatnya. R5P yang dihasilkan melalui peningkatan aktiviti laluan pentosa fosfat digunakan untuk menjana 5-fosfo-D-ribosa α-1-pirofosfat (PRPP) yang diperlukan dalam sintesis asid nukleik. Telah ditunjukkan bahawa kepekatan PRPP meningkat 56 kali ganda dalam eritrosit yang dijangkiti berbanding dengan yang tidak. Oleh itu, penghasilan ubat yang menyasarkan RpiA dalam Plasmodium falciparum boleh mempunyai potensi terapeutik dalam kalangan pesakit malaria.

 Interaksi 
RPIA telah ditunjukkan untuk berinteraksi dengan PP2A.

 Rujukan 

Kategori:Enzim dengan struktur diketahui
Kategori:EC 5.3.1