imported>OrangeHunter: /* Katalysiertes Gleichgewicht */ Jeremy Knowles ergänzt + weitere Teile belegt

2024-02-06T01:23:44Z

Katalysiertes Gleichgewicht: Jeremy Knowles ergänzt + weitere Teile belegt

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{{Infobox Protein
| Name =
| Bild = Triosephosphate isomerase.jpg
| Bild_legende = Bändermodell nach {{PDB|2jk2}}
| PDB = {{PDB2|1HTI}}, {{PDB2|1wyi}}, {{PDB2|2jk2}}, {{PDB2|2vom}}
| Groesse = 248 Aminosäuren
| Kofaktor =
| Precursor =
| Struktur = Homodimer
| Isoformen = 2
| HGNCid = 12009
| Symbol = TPI1
| AltSymbols =
| GeneCards = TPI1
| OMIM = 109450
| UniProt = P60174
| MGIid = 98797
| CAS = {{CASRN|9023-78-3}}
| CASergänzend =
| ATC-Code = 
| DrugBank =
| Wirkstoffklasse =
| EC-Nummer = 5.3.1.1
| Kategorie = Isomerase
| Reaktionsart =
| Substrat = Dihydroxyacetonphosphat (=Glyceronphosphat)
| Produkte = D-Glycerinaldehyd-3-phosphat
| Homolog_fam = CLU_024251_2_0
| Homolog_url =
| Taxon = [[Chordatiere]]
| Taxon_Ausnahme =
| Orthologe = {{ Protein Orthologe
| Spezies1 = Mensch
| Spezies2 = Hausmaus
| S1_EntrezGene = 7167
| S1_Ensembl =ENSG00000111669
| S1_RefseqmRNA =NM_000365
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| S1_GenLoc_db = hg38
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| S2_EntrezGene = 21991
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| S2_Uniprot = P17751
}}
}}
Die '''Triosephosphatisomerase''' (''TIM, TPI'') ist das [[Enzym]], das [[Dihydroxyacetonphosphat]] (DHAP) zu [[Glycerinaldehyd-3-phosphat]] (GAP) umwandelt. Dies ist ein Teilschritt der [[Glycolyse]]. TPI ist damit unverzichtbar für alle Lebewesen, die [[Glucose]] oder [[Fructose]] nur mittels Glycolyse verwerten können.

Im Menschen kodiert ein Gen (TPI1) auf [[Chromosom 12 (Mensch)|Chromosom 12]], Locus 12p13 das funktionelle Protein, mindestens drei [[Pseudogen]]e sind bekannt. Mutationen am Gen können [[Triosephosphat-Isomerase-Defizienz]] verursachen.

Ein potenter Inhibitor ist [[2-Phosphoglycolat]], das in Pflanzen im Zuge der [[Photorespiration]] abgebaut wird.<ref>Anderson, LE. (1971): ''Chloroplast and cytoplasmic enzymes. II. Pea leaf triose phosphate isomerases''. In: ''[[Biochim Biophys Acta]]''. 235(1); 237–244; PMID 5089710; {{DOI|10.1016/0005-2744(71)90051-9}}.</ref>

== Struktur ==
Die Triosephosphatisomerase ist ein Mitglied der all-α- und all-β-Klasse (α/β) von Proteinen und ein Homodimer, das aus zwei sequenzidentischen Untereinheiten (Ketten) mit jeweils 247 Aminosäuren besteht. Jedes TPI-Monomer (Kette) enthält den vollständigen Satz katalytischer Aminosäurereste, jedoch ist das Enzym nur in der oligomeren Form aktiv.<ref name="PMID18562316">C. Rodríguez-Almazán, R. Arreola, D. Rodríguez-Larrea, B. Aguirre-López, M. T. de Gómez-Puyou, R. Pérez-Montfort, M. Costas, A. Gómez-Puyou, A. Torres-Larios: ''Structural basis of human triosephosphate isomerase deficiency: mutation E104D is related to alterations of a conserved water network at the dimer interface.'' In: ''[[Journal of Biological Chemistry]].'' Band 283, Nummer 34, August 2008, S. 23254–23263, {{DOI|10.1074/jbc.M802145200}}, PMID 18562316.</ref> Daher ist die [[Dimerisierung]] für die volle Funktion des Enzyms wesentlich, obwohl nicht angenommen wird, dass eine Kooperativität zwischen den beiden aktiven Zentren besteht.<ref name="PMID2065677">K. D. Schnackerz, R. W. Gracy: ''Probing the catalytic sites of triosephosphate isomerase by 31P-NMR with reversibly and irreversibly binding substrate analogues.'' In: ''[[FEBS Journal|European Journal of Biochemistry]].'' Band 199, Nummer 1, Juli 1991, S. 231–238, {{DOI|10.1111/j.1432-1033.1991.tb16114.x}}, PMID 2065677.</ref>

Jede Untereinheit enthält 8 äußere [[Α-Helix|α-Helices]], die 8 innere [[Β-Faltblatt#Struktur|β-Stränge]] umgeben und eine konservierte Strukturdomäne bilden, die als geschlossenes [[Protein-Faltungsklasse#α/β|α/β-Barrel]] (α/β) oder genauer gesagt als [[TIM-Fass]] (engl. ''TIM barrel'') bezeichnet wird. Der TIM-Fass wurde ursprünglich nach dem Enzym benannt und ist schätzungsweise in 10 % aller Enzyme enthalten. Charakteristisch für die meisten TIM-Fass-Domänen ist das Vorhandensein des aktiven Zentrums des Enzyms in den Regionen der unteren Schleife, die durch die acht Schleifen erzeugt werden, die die [[C-Terminus|''C''-Termini]] der β-Stränge mit den [[N-Terminus|''N''-Termini]] der α-Helices verbinden. TIM-Fassproteine teilen auch ein strukturell konserviertes Phosphatbindungsmotiv mit der Phosphatgruppe, die sich im Substrat oder in den Cofaktoren befindet.<ref name="PMID27899674">A. Marchler-Bauer, Y. Bo, L. Han, J. He, C. J. Lanczycki, S. Lu, F. Chitsaz, M. K. Derbyshire, R. C. Geer, N. R. Gonzales, M. Gwadz, D. I. Hurwitz, F. Lu, G. H. Marchler, J. S. Song, N. Thanki, Z. Wang, R. A. Yamashita, D. Zhang, C. Zheng, L. Y. Geer, S. H. Bryant: ''CDD/SPARCLE: functional classification of proteins via subfamily domain architectures.'' In: ''Nucleic acids research.'' Band 45, D101 2017, S. D200–D203, {{DOI|10.1093/nar/gkw1129}}, PMID 27899674, {{PMC|5210587}}.</ref>

In jeder Kette tragen unpolare Aminosäuren, die ausgehend von den β-Strängen nach innen weisen, zum hydrophoben Kern der Struktur bei. Die α-Helices sind [[Amphiphilie|amphipathisch]]: Ihre äußeren (mit Wasser in Kontakt tretenden) Oberflächen sind polar, während ihre inneren Oberflächen weitgehend hydrophob sind. Die Schleifen sind eine Mischung aus polaren und unpolaren Aminosäureresten.<ref name="PMID2204418">E. Lolis, G. A. Petsko: ''Crystallographic analysis of the complex between triosephosphate isomerase and 2-phosphoglycolate at 2.5-A resolution: implications for catalysis.'' In: ''Biochemistry.'' Band 29, Nummer 28, Juli 1990, S. 6619–6625, {{DOI|10.1021/bi00480a010}}, PMID 2204418.</ref>

== Katalysiertes Gleichgewicht ==
[[Datei:Dihydroxyacetonphosphat Skelett.svg|140px]] <math>\rightleftharpoons</math>
[[Datei:D-Glycerinaldehyd-3-phosphat Skelett.svg|130px]]

TPI stellt ein Gleichgewicht zwischen den Zwischenprodukten Dihydroxyacetonphosphat (DHAP) und Glycerinaldehyd-3-phosphat (GAP) her. Die Substrate entstehen aus Fructose-1,6-Bisphosphat in der vorgelagerten [[Aldolase]]-Reaktion.
Das Gleichgewicht liegt stark auf der Seite des DHAP, für den Fortlauf der Glycolyse wird allerdings GAP benötigt, so dass sich das Gleichgewicht durch Produktentnahme verschiebt ([[Prinzip vom kleinsten Zwang|Prinzip von Le Chatelier]]).

Die [[Katalyse]] erfolgt über ein Endiol- bzw. Endiolat-Intermediat. Hierbei tritt ein [[Glutamate|Glutamat]]-Rest (Glu165) im aktiven Zentrum des Enzyms mit dem ungewöhnlich hohen pKs-Wert von 6,5 als [[Basen (Chemie)|Base]] auf, ein [[Histidin]]-Rest (His95) als [[Säure]].

Die Umsetzung von DHAP zu GAP erfordert einen ausgefallenen [[Reaktionsmechanismus]], in dessen Verlauf Glu165 ein H+-Ion vom C-Atom 2 abstrahiert, während His95 ein H+-Ion ans C1-Atom abgibt.<ref>Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt: ''Lehrbuch der Biochemie.'' Weinheim 2019, ISBN 978-3-527-34286-0, S. 590–592</ref> Dieser Mechanismus kann, da die [[Carboxygruppe]] des Glu viel azider (saurer) als das C2-Atom ist, unter nicht-enzymatischen Bedingungen keinesfalls ablaufen.
Die ''TIM'' bildet durch die ideal auf das Substrat angelegte Umgebung des aktiven Zentrums hingegen sog. [[Low-barrier hydrogen bond]]s (''LBHB'') aus, eine spezielle Art von [[Wasserstoffbrückenbindung|Wasserstoff-Brücken]], die mit −40 bis −80 kJ/mol (anstatt etwa −12 bis −30 kJ/mol) deutlich stabiler sind. Diese LBHB werden durch gleichzeitige Protonierung und Deprotonierung an den C-Atomen C1 bzw. C2 erreicht.

[[Datei:Mechanismus der Triosephosphatisomerase.svg|800px|zentriert]]

{{Absatz}}

Eine 10 Aminosäuren lange Sequenz des Enzyms, ein sogenannter Loop, verdeckt das aktive Zentrum im substratbeladenen Zustand. Einerseits wird damit das Endiol-Zwischenprodukt stabilisiert und die katalytische Aktivität auf diese Weise um den Faktor 105 erhöht, andererseits wird ein Entweichen dieses Zwischenprodukts verhindert – das Endiolphosphat würde spontan dephosphorylieren und sich zum toxischen [[Methylglyoxal]] umlagern.<ref>Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt: ''Lehrbuch der Biochemie.'' Weinheim 2019, ISBN 978-3-527-34286-0, S. 592</ref>

Die TIM gilt, wie [[Jeremy Knowles]] zeigte, als „[[katalytisch perfektes Enzym]]“. Dies bedeutet, dass Veränderungen am Enzym, gleich welcher Art, keine Umsatzsteigerung mehr herbeizuführen vermögen<ref>Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt: ''Lehrbuch der Biochemie.'' Weinheim 2019, ISBN 978-3-527-34286-0, S. 593</ref>: Die [[Wechselzahl]] von 4300 Substratmolekülumsätzen pro Sekunde wird nur durch die Diffusionsgeschwindigkeiten von Substrat und Produkt begrenzt.

== Weblinks ==
{{Wikibooks|Biochemie und Pathobiochemie: Triosephosphat-Isomerase}}
{{Wikibooks|Biochemie und Pathobiochemie: Triacylglycerinbiosynthese}}
{{Wikibooks|Biochemie und Pathobiochemie: D-Glycerinaldehyd-3-phosphat}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Isomerase]]
[[Kategorie:Codiert auf Chromosom 12 (Mensch)]]

Triosephosphatisomerase - Versionsgeschichte

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