Трансфераза

Трансфераза ― класа на ензими кои катализираат трансфер на специфични функционални групи (на пр. метил или гликозил група) од еден молекул (наречен донатор) до друг (наречен акцептор).^[2] Тие се вклучени во стотици различни биохемиски патишта низ биологијата и се составен дел од некои од најважните процеси во животот.

РНК полимеразата од Saccharomyces cerevisiae во комплекс со α-Аманитин (во црвена боја). И покрај употребата на терминот „полимераза“, РНК полимеразите се класифицираат како форма на нуклеотидил трансфераза.^[1]

Трансферазите се вклучени во многу реакции во клетката. Три примери за овие реакции се активноста на коензим А (CoA) трансфераза, која пренесува тиол естри,^[3] N-ацетилтрансфераза, која е дел од патеката што го метаболизира триптофанот, ^[4] и регулацијата на пируват дехидрогеназа (PDH), која го претвора пируватот во ацетил CoA. ^[5] Трансферазите се користат и за време на транслацијата. Во тој случај, аминокиселинскиот ланец е функционалната група пренесена од пептидил трансфераза. Трансферот вклучува отстранување на растечкиот аминокиселински ланец од молекулата tRNA во А-местото на рибозомот и негово последователно додавање на аминокиселината прикачена на tRNA во P-местото.^[6]

${\displaystyle {\ce {X-R + Y}}\quad {\xrightarrow[{\text{ transferase }}]{}}\quad {\ce {X + Y-R}}}$

Во горенаведената реакција, X би бил донор, а Y би бил акцептор.^[7] R означува функционална група пренесена како резултат на активноста на трансферазата. Донорот често е коензим.

Класификација

Опишани првенствено врз основа на видот на пренесената биохемиска група, трансферазите можат да се поделат во десет категории.^[8] Овие категории опфаќаат над 450 различни ензими.^[9] Во системот за нумерирање EC, трансферазите се класифицирани како EC2. Водородот не се смета за функционална група кога станува збор за трансферазни цели; наместо тоа, преносот на водород е вклучен под оксидоредуктази^[9].

Подкласи на трансферази

EC број	Примери	Група(и) префрлени
ЕC 2.1	метилтрансфераза и формилтрансфераза	еднојаглеродни (C1) групи
ЕК 2.2	транскетолаза и трансалдолаза	алдехидни или кетонски групи
ЕК 2.3	ацилтрансфераза	ацилни групи или групи што стануваат алкил групи за време на трансферот
ЕК 2.4	гликозилтрансфераза, хексозилтрансфераза и пентозилтрансфераза	гликозилни групи, како и хексози и пентози
ЕК 2.5	рибофлавин синтаза и хлорофил синтаза	алкил или арил групи, различни од метил групи
ЕК 2.6	трансаминаза и оксиминотрансфераза	амидни групи
ЕК 2.7	фосфотрансфераза, полимераза и киназа	групи што содржат фосфор; подкласите се базираат на акцепторот (на пр. алкохол, карбоксил, итн.)
ЕК 2.8	сулфуртрансфераза и сулфотрансфераза	групи што содржат сулфур
ЕК 2.9	селенотрансфераза	групи што содржат селен
ЕК 2.10	молибдентрансфераза и волфрамтрансфераза	молибден или волфрам

Улога

EC 2.1: трансферази на единечни јаглеродни групи (С1)

Реакција што вклучува аспартат транскарбамилаза.

EC 2.1 вклучува ензими кои пренесуваат еднојаглеродни групи. Оваа категорија се состои од трансфери на метил, хидроксиметил, формил, карбокси, карбамоил и амидо групи.^[10] Карбамоилтрансферазите пренесуваат карбамоил група од еден молекул во друг.^[11] Карбамоил групите се со формула NH₂CO.^[12] Во аспартат карбамоил трансферазата учествува во реакцијата:

карбамоил фосфат + L- аспартат ${\displaystyle \rightarrow }$ L-карбамоил аспартат + фосфат.^[13]

EC 2.2: трансферази на кето и алдехидни групи

Реакцијата катализирана од трансалдолаза

Ензими кои пренесуваат алдехидни или кетонски групи се вклучени во EC 2.2. Оваа категорија се состои од различни транскетолази и трансалдолази.^[14] Трансалдолазата, учествува во метаболизам на пентоза фосфат.^[15] Реакцијата што ја катализира се состои од трансфер на дихидроксиацетонска функционална група на глицералдехид 3-фосфат (исто така познат како G3P). Реакцијата е:

седохептулоза 7-фосфат + глицералдехид 3-фосфат ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ еритроза 4-фосфат + фруктоза 6-фосфат.^[16]

EC 2.3: трансферази на ацил група

Трансферот на ацилни групи или ацилни групи кои стануваат алкилни групи за време на процесот на пренесување спаѓаат во EC 2.3. Понатаму, оваа категорија прави разлика помеѓу амино-ацилни и не-амино-ацилни групи. Пептидил трансферазата е рибозим кој го олеснува формирањето на пептидни врски за време на транслацијата.^[17] Како аминоацилтрансфераза, таа го катализира трансферот на пептид во аминоацил-tRNA, по оваа реакција:

пептидил-tRNA _A + аминоацил-tRNA _B ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ tRNA _A + пептидил аминоацил-tRNA _B.^[18]

EC 2.4: гликозил, хексозил и пентозил трансферази

EC 2.4 вклучува ензими кои пренесуваат гликозилни групи, како и оние кои пренесуваат хексоза и пентоза. Гликозилтрансферазата е поткатегорија на EC 2.4 трансферазите која е вклучена во биосинтезата на дисахариди и полисахариди преку трансфер на моносахариди во други молекули.^[19] Пример за истакната гликозилтрансфераза е лактоза синтазата, која е димер кој поседува две протеински подединици. Нејзиното примарно дејство е да произведува лактоза од гликоза и UDP-галактоза.^[20] Ова се случува преку следната реакција:

UDP-β-D-галактоза + D-глукоза ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ UDP + лактоза.^[21]

EC 2.5: алкил и арил трансферази

EC 2.5 се однесува на ензими кои пренесуваат алкил или арил групи, но не вклучува метил групи. Ова е различно на функционалните групи кои стануваат алкил групи кога се пренесуваат, бидејќи тие се вклучени во EC 2.3. EC 2.5 моментално поседува само една подкласа: Алкил и арил трансферази.^[22] Цистеин синтазата, на пример, катализира формирање на оцетни киселини и цистеин од O₃-ацетил-L-серин и водород сулфид:

O₃-ацетил-L-серин + H₂S ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ L-цистеин + ацетат.^[23]

EC 2.6: азотни трансферази

Аспартат аминотрансферазата може да дејствува на неколку различни аминокиселини

Групирањето кое е конзистентно со трансферот на азотни групи е EC 2.6. Ова вклучува ензими како трансаминаза (исто така позната како „аминотрансфераза“) и многу мал број оксиминотрансферази и други ензими за пренос на азотни групи. EC 2.6 претходно ја вклучуваше амидинотрансферазата, но оттогаш е прекласифицирана како поткатегорија на EC 2.1 (ензими за пренос на еден јаглерод).^[24] Во случајот на аспартат трансаминаза, која може да дејствува на тирозин, фенилаланин и триптофан, таа реверзибилно пренесува амино група од една молекула во друга.^[25]

Пример за дејствување на аминотрансфераза:

L-аспартат + 2-оксоглутарат ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ оксалоацетат + L-глутамат. ^[26]

EC 2.7: фосфорни трансферази

Иако EC 2.7 вклучува ензими кои пренесуваат групи што содржат фосфор, тој исто така вклучува и нуклеотидил трансферази.^[27] Подкатегоријата фосфотрансфераза е поделена во категории врз основа на типот на група што го прифаќа трансферот.^[28] Групите што се класифицирани како акцептори на фосфат вклучуваат: алкохоли, карбокси групи, азотни групи и фосфатни групи.^[8] Понатамошни составни делови на оваа подкласа на трансферази се различни кинази. Истакната киназа е циклин-зависната киназа (CDK), која опфаќа подсемејство на протеински кинази. Како што имплицира нивното име, CDK се во голема мера зависни од специфични молекули на циклин за активирање.^[29] Откако ќе се комбинираат, комплексот CDK-циклин е способен да ја изврши својата функција во рамките на клеточниот циклус.^[30]

Реакцијата катализирана од CDK е следнава:

ATP + целен протеин ${\displaystyle \rightarrow }$ ADP + фосфопротеин.^[31]

EC 2.8: сулфурни трансферази

Дијаграм на структура на естроген сулфотрансфераза (PDB 1aqy EBI) ^[32]

Трансферот на групи што содржат сулфур е опфатен со EC 2.8 и е поделен на поткатегории на сулфуртрансферази, сулфотрансферази и CoA-трансферази, како и ензими што пренесуваат алкил-тио групи.^[33] Во оваа група спаѓа алкохолната сулфотрансфераза која е позната под неколку други имиња, вклучувајќи „хидроксистероидна сулфотрансфераза“, „стероидна сулфокиназа“ и „естрогенска сулфотрансфераза“.^[34] Намалувањето на нејзината активност е поврзано со заболување на црниот дроб кај луѓето.^[35] Оваа трансфераза дејствува преку следната реакција:

3'-фосфоаденилил сулфат + алкохол ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ аденозин 3',5'бисфосфат + алкил сулфат. ^[36]

EC 2.9: селен трансферази

EC 2.9 вклучува ензими кои пренесуваат групи што содржат селен.^[37] Оваа категорија содржи само две трансферази и затоа е една од најмалите категории на трансферази. Селеноцистеин синтазата, која за прв пат била додадена во системот за класификација во 1999 година, ја претвора серил-tRNA (Sec UCA) во селеноцистеил-tRNA (Sec UCA).^[38]

EC 2.10: метални трансферази

Категоријата EC 2.10 вклучува ензими кои пренесуваат групи што содржат молибден или волфрам. Во оваа група спаѓа само еден ензим: молибдоптерин молибдотрансфераза.^[39] Овој ензим е компонента на биосинтезата на MoCo во Escherichia coli.^[40] Реакцијата што ја катализира е следнава:

аденилил-молибдоптерин + молибдат ${\displaystyle \rightarrow }$ молибден кофактор + AMP. ^[41]

Улога во хисто-крвната група

А и Б трансферазите се основа на човечкиот ABO систем на крвни групи . И А и Б трансферазите се гликозилтрансферази, што значи дека пренесуваат молекула на шеќер на H-антиген.^[42] Ова му овозможува на H-антигенот да синтетизира гликопротеински и гликолипидни конјугати кои се познати како A/B антигени.^[42] Целосното име на А трансферазата е алфа 1-3-N-ацетилгалактозаминилтрансфераза^[43] и нејзината функција во клетката е да додаде N-ацетилгалактозамин на H-антигенот, создавајќи А-антиген.^[44] Целосното име на Б-трансферазата е алфа 1-3-галактозилтрансфераза,^[43] а нејзината функција во клетката е да додаде молекула на галактоза на H-антигенот, создавајќи Б-антиген. ^[44]

Болести предизвикани од недостатоци на трансферази

E. coli галактоза-1-фосфат уридилтрансфераза. Недостаток на човечката изоформа на оваа трансфераза предизвикува галактоземија.

Недостатокот на трансферази предизвикуваат различни болести. Најчестиот резултат од недостаток на трансфераза е натрупување на супстрат.

Недостаток на CPT-II

Недостатокот на карнитин палмитоилтрансфераза II (исто така познат како недостаток на CPT-II) доведува до вишок на масни киселини, бидејќи телото нема способност да транспортира масни киселини во митохондриите за да бидат обработени како извор на гориво.^[45] Болеста е предизвикана од дефект во генот CPT2.^[46] Овој недостаток ќе се манифестира кај пациентите на еден од трите начини: летална неонатална, тешка инфантилна хепатокардиомускуларна и миопатска форма.^[46] Миопатската е најмалку тешката форма на недостаток и може да се манифестира во кој било момент од животниот век на пациентот.^[46] Другите две форми се појавуваат во доенчеството.^[46] Вообичаени симптоми на леталната неонатална форма и тешките инфантилни форми се откажување на црниот дроб, срцеви проблеми, епилептични напади и смрт.^[46] Миопатската форма се карактеризира со болка во мускулите и слабост по енергично вежбање.^[46] Третманот генерално вклучува модификации на исхраната и додатоци на карнитин.^[46]

Галактоземија

Галактоземијата е резултат на неможност за преработка на галактоза.^[47] Овој недостаток се јавува кога генот за галактоза-1-фосфат уридилилтрансфераза (GALT) е мутиран, што доведува до недостаток на произведена количина на GALT.^[48][49] Постојат две форми на галактоземија: класична и Дуартеова.^[50] Дуартеовата галактоземија е генерално помалку тешка од класичната галактоземија и е предизвикана од недостаток на галактокиназа.^[51] Галактоземијата ги прави доенчињата неспособни да ги преработуваат шеќерите во мајчиното млеко, што доведува до повраќање и анорексија во рок од неколку дена од раѓањето.^[51] Повеќето симптоми на болеста се предизвикани од натрупување на галактоза-1-фосфат во телото.^[51] Честите симптоми вклучуваат откажување на црниот дроб, сепса, застој во растот и ментално оштетување, меѓу другото.^[52] Во леќите на очите се јавува таложење на втора токсична супстанца, галактитол, што предизвикува катаракта.^[53] Моментално, единствениот достапен третман е рана дијагноза проследена со придржување кон диета без лактоза и препишување антибиотици за инфекции што може да се развијат.^[54]

Дефицит на холин ацетилтрансфераза

Холин ацетилтрансферазата (исто така позната како ChAT или CAT) е важен ензим кој го произведува невротрансмитерот ацетилхолин.^[55] Ацетилхолинот е вклучен во многу невропсихички функции како што се меморијата, вниманието, спиењето и будењето.^[56][57][58] Ензимот е глобуларен по форма и се состои од еден аминокиселински ланец.^[59] ChAT функционира за пренос на ацетилна група од ацетил коензим А до холин во синапсите на нервните клетки и постои во две форми: растворлива и мембрански врзана.^[59] Генот ChAT се наоѓа на хромозомот 10.^[60]

Намалената експресија на ChAT е еден од белезите на Алцхајмеровата болест.^[61] Пациентите со Алцхајмерова болест покажуваат намалување од 30 до 90% на активноста во неколку региони на мозокот, вклучувајќи го темпоралниот лобус, париеталниот лобус и фронталниот лобус.^[62] Сепак, се верува дека недостатокот на ChAT не е главната причина за оваа болест.^[59]