HPD

4-Hidroksifenilpiruvat dioksigenaza (HPPD), poznata i kao α-ketoizokaproat-dioksigenaza (KIC-dioksigenaza), je Fe (II)-koji sadrži ne-hem oksigenazu koja katalizira drugu reakciju u katabolizmu tirozinskog pretvaranje 4-hidroksifenilpiruvata u homogentisat. HPPD također katalizira pretvorbu fenilpiruvata u 2-hidroksifenilacetat i α-ketoizokaproata u β-hidroksi β-metilbutirat.^[2][3] HPPD je enzim koji se nalazi kod gotovo svih aerobnih oblika života .^[4]

Reakcija pretvorbe 4-hidroksifenilpiruvata u homogentisat pomoću HPPD-a.

4-Hidroksifenilpiruvat-dioksigenaza
Homodimer 4-hidroksifenilpiruvat dioksigenaze. Crvena traka predstavlja katalitski domen koji sadrži gvožđe (s Fe 2+ predstavljeno kao crveno-narandžaste sfere); plava predstavlja oligomerni domen. Slika generirana iz objavljenih strukturnih podataka[1]}
Identifikatori
EC broj	1.13.11.27
CAS broj	9029-72-5
Baze podataka
IntEnz	IntEnz pregled
BRENDA	BRENDA unos
ExPASy	NiceZyme pregled
KEGG	KEGG unos
MetaCyc	metabolički put
PRIAM	profil
PDB strukture	RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum
Ontologija gena	AmiGO / QuickGO
Pretraga PMC članci PubMed članci NCBI proteini

4-Hidroksifenilpiruvat-dioksigenaza
Identifikatori
Simbol	HPPD
Alt. simboli	HPD; PPD
NCBI gen	3242
HGNC	5147
OMIM	609695
RefSeq	NM_002150
UniProt	P32754
Ostali podaci
EC broj	1.13.11.27
Lokus	Hrom. 12 q24-qter
Pretraga za Strukture Swiss-model Domene InterPro

Enzimski mehanizam

HPPD je kategoriziran unutar klase enzima oksigenaze koji za oksigeniranje ili oksidaciju ciljne molekule obično koriste α-ketoglutarat i dvoatomski kisik.^[5] Međutim, HPPD se razlikuje od većine molekula u ovoj klasi zbog činjenice da ne koristi α-ketoglutarat, a koristi samo dvije podloge dodajući oba atoma dvoatomskog kisika u proizvod, homogeniziran.^[6] Reakcija HPPD odvija se putem NIH pomaka i uključuje oksidativnu dekarboksilaciju α-okso kiseline kao i hidroksilaciju aromatskog prstena. NIH-pomak, koji je dokazan studijama označavanja izotopa, uključuje migraciju alkilne grupe u stabilniju karbokaciju. Pomak objašnjava zapažanje da je C3 vezan za C4 u 4-hidroksifenilpiruvatu, ali za C5 u homogentisatu. Predviđeni mehanizam HPPD -a može se vidjeti na sljedećoj slici:

Predloženi mehanizam reakcije HPPD

Struktura

HPPD je enzim koji se obično veže za stvaranje tetramera u bakterijama i dimera u eukariotima i ima masu podjedinice od 40-50 kDa.^[7][8][9] Podjelom enzima na N– i C-kraj primijeti se da N-kraj varira u sastavu, dok C-kraj ostaje relativno konstantan ^[10] (C-kraj u biljkama se neznatno razlikuje od C-kraja u drugim bićima). Godine 1999. stvorena je prva X-zračna krisrtalografska struktura HPPD-a ^[11] i od tada je otkriveno da je aktivno mjesto HPPD-a u potpunosti sastavljeno od aminokiselinskih ostaka u blizini C-kraja enzima. Aktivno mjesto HPPD-a nije u potpunosti mapirano, ali poznato je da se mjesto sastoji od gvožđevog iona okruženog aminokiselinama, koje se protežu prema unutra iz beta listova (s izuzetkom C-terminalne spirale) ). Iako se o funkciji N-kraja enzima zna još manje, otkriveno je da jedna promjena aminokiselina u N-terminalnoj regiji može uzrokovati bolest poznatu kao havkinsinurija.^[12]

Funkcija

U gotovo svim aerobnim bićima, 4-hidroksifenilpiruvat dioksigenaza odgovorna je za pretvaranje 4-hidroksifenilpiruvata u homogentizat.^[13] Ova konverzija je jedan od mnogih koraka u razbijanju L-tirozina u acetoacetat i fumarat.^[14] Dok se ukupni proizvodi ovog ciklusa koriste za stvaranje energije, biljke i eukarioti višeg reda koriste HPPD iz mnogo važnijih razloga. U eukariota, HPPD se koristi za regulaciju razine tirozina u krvi, a biljke koriste ovaj enzim za proizvodnju kofaktora plastokinona i tokoferol koji su neophodni za opstanak biljke.^[15]

Klinički značaj

HPPD se može povezati s jednim od najstarijih poznatih nasljednih metaboličkih poremećaja poznatom kao alkaptonurija, koja je uzrokovana visokim razinama homogenzizata u krvotoku.^[16] HPPD je također diraktno vezan za tirozinemiju tip III^[17] Kada je koncentracija aktivnog HPPD enzima niska u ljudskom tijelu, to rezultira visokim razinama koncentracije tirozina u krvi, što može uzrokovati blagu mentalnu retardaciju pri rođenju i degradaciju vida kako pacijent stari.^[18]

Tirozinemija tip I, posljedica je mutacije različitog enzima, fumarilacetoacetat-hidrolaza; mutirao i ne djeluje, što dovodi do stvaranja vrlo štetnih proizvoda u tijelu.^[19] Fumarilacetoacetat-hidrolaza djeluje na tirozin nakon HPPD-a, pa oni koji rade na stvaranju herbicida u klasi inhibitori HPPD pretpostavili da bi inhibicija HPPD-a i kontrola tirozina u prehrani mogli liječiti ovu bolest. Pokušano je niz malih kliničkih ispitivanja s jednim od njihovih spojeva, nitisinonom koja su bila uspješna, što je dovelo do toga da je nitisinon plasirsan na tržište kao lijek za siročad.^[20][21]

Industrijski značaj

Zbog uloge HPPD-a u proizvodnji potrebnih kofaktora u biljkama, na tržištu se nalazi nekoliko inhibitora HPPD, herbicidi koji blokiraju aktivnost ovog enzima, a u toku su istraživanja kako bi se pronašli novi.^[22]