| ksyluloosi-5-fosfaatti | + | D -riboosi-5-fosfaatti | ||
| D -glyseraldehydi-3-fosfaatti | + | sedoheptuloosi-7-fosfaatti |
Transketolaasit ovat ryhmä pentoosifosfaattireitin ja Calvinin syklin entsyymejä . Se katalysoi kahta tärkeää reaktiota, jotka toimivat vastakkaisiin suuntiin näillä kahdella reitillä.
Transketolaasit siirtävät kahden hiilen ryhmän, mukaan lukien ketoosin 1. ja 2. hiili, aldoosisokerin aldehydihiileen. Ketosokeri muuttuu aldoosiksi , joka sisältää kaksi vähemmän hiiliatomia, ja samanaikaisesti aldosakkaridi muuttuu ketoosiksi, joka sisältää kaksi enemmän hiiliatomia.
Transketolaasit katalysoivat kahden hiilen ryhmän siirtymistä ksyluloosi-5-fosfaatista riboosi-5-fosfaatiksi muodostaen seitsemän hiiltä sisältävän sedoheptuloosi-7-fosfaatin ketoosin ja glyseraldehydi-3-fosfaatin aldoosin . Toisessa reaktiossa ksyluloosi-5-fosfaatti toimii "aktiivisena glykoaldehydin" luovuttajana. Akseptorin roolia suorittaa erytroosi-4-fosfaatti . Tämän reaktion tuotteet ovat fruktoosi-6-fosfaatti ja glyseraldehydi-3-fosfaatti .
Nisäkkäissä transketolaasit yhdistävät pentoosifosfaattireitin glykolyysiin ja muuttavat ylimääräiset sokerifosfaatit pääasialliseksi hiilihydraattiaineenvaihduntareitiksi. Sen läsnäolo on välttämätön NADPH :n tuotannolle , erityisesti kudoksissa, jotka ovat aktiivisesti mukana biosynteettisissä prosesseissa, kuten rasvahapposynteesissä maksassa ja maitorauhasissa , sekä steroidisynteesissä maksassa ja lisämunuaisissa . Tärkeimmät kofaktorit tässä prosessissa ovat tiamiinidifosfaatti ja kalsium .
Stromaaliset keratosyytit ja epiteelisolut ekspressoivat runsaasti transketolaaseja nisäkkään sarveiskalvossa . Niiden uskotaan olevan yksi sarveiskalvon kristalliineista [1] .
Transketolaaseja esiintyy monissa eri organismeissa, mukaan lukien bakteereissa , kasveissa ja nisäkkäissä . Ihmisillä on myös geenejä, jotka koodaavat proteiineja, joilla on transketolaasiaktiivisuutta:
Tämän entsyymin aktiivisen kohdan sisääntulo koostuu pääasiassa arginiini- , histidiini- , seriini- ja asparagiinihapposivuryhmistä , ja glutamaatilla on vähäinen rooli. Nämä sivuketjut, nimittäin Arg359, Arg528, His469 ja Ser386, konservoituvat kussakin transketolaasientsyymissä ja ovat vuorovaikutuksessa luovuttaja- ja akseptorisubstraattien fosfaattiryhmän kanssa. Koska substraattikanava on niin kapea, luovuttaja- ja akseptorisubstraatit eivät voi sitoutua samanaikaisesti. Lisäksi aktiiviseen kohtaan sitoutuessaan substraatit muuttavat konformaatiotaan pitkänomaisempaan sopikseen tähän kapeaan kanavaan.
Vaikka transketolaasit pystyvät sitomaan erilaisia substraatteja, esimerkiksi fosforyloituja ja fosforyloimattomia monosakkarideja , mukaan lukien ketoosit ja fruktoosi , riboosi ja niin edelleen, niillä on korkea stereospesifisyys suhteessa ketoosiin, joissa on hydroksyyliryhmien transpositio C-3:ssa ja C-4-atomit [2] . Ne myös stabiloivat substraatin aktiivisessa kohdassa Asp477-, His30- ja His263-tähteillä. Tämän konfiguraation rikkominen, hydroksyyliryhmien sijoittaminen tai niiden stereokemia, johtaa vetysidosten katkeamiseen aminohappotähteiden ja substraatin välillä, mikä johtaa alhaisempaan affiniteettiin substraattiin.
Tämän reitin ensimmäisellä puoliskolla His263:a käytetään katkaisemaan tehokkaasti C3-hydroksyyliprotonia , mikä mahdollistaa 2-hiilisen osan pilkkomisen fruktoosi-6-fosfaatista [3] . Tähän vaiheeseen tarvittava kofaktori on tiamiinipyrofosfaatti . Tiamiinin sitoutuminen entsyymiin ei johda merkittäviin konformaatiomuutoksiin entsyymissä; päinvastoin, entsyymi koostuu kahdesta joustavasta silmukasta aktiivisessa kohdassa, jotka mahdollistavat tiamiinipyrofosfaatin sitoutumisen [2] .
Katalyyttinen mekanismi alkaa tiamiinipriofosfaatin tiatsolirenkaan deprotonaatiolla. Syntynyt karbanioni sitoutuu luovuttajasubstraatin karbonyyliryhmään siten, että C-2- ja C-3-atomien välinen sidos katkeaa. Tämä kaksihiilinen osa pysyy kovalenttisesti sitoutuneena tiamiinipyrofosfaatin C-2-hiileen. Sen jälkeen luovuttajasubstraatti vapautuu ja substraatti menee aktiiviseen kohtaan akseptorin kanssa, jossa α-β-dihydroksietyylitiamiinipyrofosfaattiin liittyvä fragmentti siirtyy vastaanottajalle [2] .
Suoritettiin kokeita sen vaikutuksen testaamiseksi, että alaniini korvataan aminohapoilla aktiivisen kohdan sisäänkäynnissä, Arg359, Arg528 ja His469, jotka ovat vuorovaikutuksessa substraatin fosfaattiryhmän kanssa. Tämä korvaaminen johtaa entsyymin muodostumiseen, jonka katalyyttinen aktiivisuus on heikentynyt [2] .
Transketolaasin aktiivisuus vähenee tiamiinin puutteessa, mikä johtuu pääasiassa aliravitsemuksesta . Useat sairaudet liittyvät tiamiinin puutteeseen, mukaan lukien beriberi , biotiini-tiamiiniresponsiivinen basaaligangliatauti [4] , Wernicke-Korsakoff-oireyhtymä ja muut.
Wernicke-Korsakoffin oireyhtymään [5] liittyviä spesifisiä mutaatioita ei ole löydetty , mutta on viitteitä siitä, että tiamiinin puute johtaa tämän oireyhtymän kehittymiseen vain niillä, joiden transketolaaseilla on alentunut affiniteetti tiamiiniin [6] . näin ollen transketolaasin aktiivisuus estyy suuresti, ja tämän seurauksena koko pentoosifosfaattireitti estyy [7] .
Punasolujen transketolaasiaktiivisuus vähenee tiamiinin (B1-vitamiinin ) puutoksessa, jota käytetään Wernicken enkefalopatian ja muiden B 1 -vitamiinin puutteeseen liittyvien oireyhtymien diagnosoimiseen, jos diagnoosista on epäselvyyttä [8] . Lähtötason entsyymiaktiivisuuden (joka voi olla normaalia myös puutteessa) lisäksi tiamiinipyrofosfaatin lisäämisen jälkeistä entsyymiaktiivisuuden lisääntymistä voidaan käyttää tiamiinin puutteen diagnosoimiseen (0-15 % normaalia, 15-25 % puutostilaa, > 25 % vakava puute) [9] .