Language
Country/Area
No result found
Удивительное сходство структур СПС: почему СПС растений и бактерий так похожи? Удивительные структурные тайны!
В биологическом сообществе изучение структурного и функционального сходства ферментов всегда было одним из направлений углубленных исследований ученых. Недавние исследования показали, что сахарозофосфатсинтаза (SPS) в растениях имеет поразительное структурное сходство с SPS у некоторых бактерий, что вызвало множество мыслей об эволюции, функции и биологической адаптации генов. В этой статье будут глубоко изучены структурные характеристики, механизмы и важные стратегии регулирования СФС, чтобы раскрыть его тайну.
Что такое сахарозофосфатсинтетаза (SPS)?
SPS — это фермент, присутствующий в растениях и в основном участвующий в процессе биосинтеза сахарозы. Этот фермент катализирует ключевую реакцию: перенос шестиуглеродной сахарной группы уридиндифосфатглюкозы (UDP-глюкозы) на D-фруктозо-6-фосфат с образованием UDP и D-сахарозо-6-фосфата. Этот обратимый этап является критической контрольной точкой в биосинтезе сахарозы и является прекрасным примером множества ключевых стратегий регуляции ферментов, таких как аллостерический контроль и обратимое фосфорилирование. Кроме того, СПС также играет важную роль в метаболизме крахмала и сахарозы.
Структура SPS
По данным рентгеноструктурных исследований, SPS-структура Halothermothrix orenii относится к семейству складок GT-B. SPS содержит два складчатых домена Россмана, а именно домен A и домен B. Структуры этих двух доменов схожи тем, что они оба содержат центральный β-лист, окруженный α-спиралями. Однако домен A состоит из восьми параллельных бета-цепей и семи альфа-спиралей, а домен B состоит из шести параллельных бета-цепей и девяти альфа-спиралей. Эти домены соединены петлей остатков, образуя бороздку для связывания матрикса, где связывается акцептор на основе глюкозы.
Хотя H. orenii является нефотосинтезирующей бактерией, различные исследования показали, что структура ее СПС очень похожа на структуру СПС растений.
Характеристики механизма
В открытой конформации H. orenii фруктозо-6-фосфат образует водородные связи с остатками Gly-33 и Gln-35 внутри домена A, а УДФ-глюкоза взаимодействует с доменом B. Исследования кристаллической структуры показывают, что при связывании два домена скручиваются, сужая вход в канавку для связывания субстрата с 20 Å до 6 Å. Эта закрытая конформация позволяет остатку Gly-34 домена А взаимодействовать с УДФ-глюкозой, заставляя субстрат адаптироваться к складчатой структуре и способствуя отдаче шестиуглеродного фрагмента сахара.
После связывания фруктозо-6-фосфат взаимодействует с UDP посредством водородных связей, снижая энергию активации реакции и стабилизируя переходное состояние.
Стратегия корректировки
Фосфорилирование
SPS-киназа может обратимо фосфорилировать остаток серина, тем самым инактивируя SPS. Исследования показали, что в шпинате и кукурузе сайтами регуляции фосфорилирования являются Ser158 и Ser162. Этот регуляторный подход не только контролирует внутриклеточные уровни сахарозы, но также помогает клеткам адаптироваться к среде с высоким осмотическим давлением и управлять потоком углерода, производимым фотосинтезом.
Аллостерическая регуляция
Связывание глюкозо-6-фосфата в аллостерическом сайте вызовет конформационные изменения SPS, увеличивая сродство фермента к глюкозо-акцепторному субстрату. Неорганический фосфат предотвращает активацию SPS глюкозо-6-фосфатом. Эта стратегия тесно связана с фотосинтезом. По мере увеличения фотосинтеза концентрация неорганической фосфорной кислоты будет снижаться, что еще больше способствует активности СПС.
Функция СПС
СПС играет важную роль в распределении углерода в фотосинтезирующих и нефотосинтезирующих тканях, влияя на рост и развитие растений. В спелых фруктах СПС отвечает за преобразование крахмала в сахарозу и другие растворимые сахара. Кроме того, SPS также активен в клетках, хранящих сахарозу, что позволяет растениям быстро реагировать на изменения окружающей среды.
В условиях низких температур активность СПС и скорость биосинтеза сахарозы значительно увеличиваются, что помогает растениям выжить при низких температурах.
Будь то растения или бактерии, удивительное сходство сахарозофосфатсинтетазы раскрывает тайны биологии. Означает ли это, что сходные структуры ферментов могут способствовать функциональной адаптации разных организмов в ходе эволюции?
