Фосфолипазы, их классификация и свойства

Содержание

Введение

1. Фосфолипазы

1.1 Классификация. Свойства

1.2 Система фосфолипаза С - инозитол-3-фосфат

2. Фосфолипазы А2

2.1 Общие сведения (реакция, открытие, строение)

2.2 Классификация и свойства

2.2.1 Цитозольные ФЛА2

2.2.2 Секреторные ФЛА2

2.2.3 Кальцийнезависимая ФЛА2

2.3 Субстратная специфичность

2.4 Ингибиторы ФЛА2

2.4.1 Неконкурентное ингибирование

2.4.2 Конкурентное ингибирование

2.5 Значение для организма при нарушении активности

2.6 Использование ФЛА2 в медицине

2.7 Биологическая роль ФЛА2

Список литературы

Введение

Фосфолипазы (англ. phospholipase) ферменты класса гидролаз, катализирующие гидролиз фосфоглицеридов.. В зависимости от положения гидролизуемой связи в фосфолипиде различают 4 основных класса фосфолипаз: A, B, C и D.

Лизофосфолипиды расщепляются под действием фосфолипаз L (существование позиционно специфичных фосфолипаз L1 и L2 не доказано). Фосфолипазы В - устаревшее назв. препаратов, обладающих активностью по типу фосфолипаз А и L.

X - остаток холина, серина, миоинозита и др.; для фосфолипаз L1 R2=C(O)R4, R3=H; для фосфолипаз L2 R2=H, R3=C(O)R4

Каждое из семейств фосфолипаз неоднородно и включает ферменты, значительно отличающиеся по молекулярным массам, субъединичному составу и другим свойствам. Все фосфолипазы наиболее активно катализируют гидролиз на поверхности раздела фаз фосфолипид - вода; медленно гидролизуют водорастворимые субстраты.

Фосфолипаза A1 - (КФ 3.1.1.32, англ. phospholipase A1) отщепляет SN-1 ацильную цепь.

Фосфолипаза A2 - (КФ 3.1.1.4, англ. phospholipase A2) отщепляет SN-2 ацильную цепь.

Фосфолипаза B -(лизофосфолипаза, англ. phospholipase B) отщепляет обе SN-1 и SN-2 ацильные цепи. Фосфолипаза, обладающая активностями как фосфолипазы А1 так и А2, то есть способной гидролизовать ацильную цепь фосфолипида в sn-1 и sn-2 положениях.

Фосфолипаза C - (КФ 3.1.4.3, англ. phospholipase C) гидролизует связь между глицериновым остатком фосфолипида и полярной фосфатной группой, при этом образуются диацилглицерин и фосфат-содержащая полярная группа.

Фосфолипаза D - (КФ 3.1.4.4, англ. phospholipase D) гидролизует связь между фоасфатной группой и спиртовой группой, при этом высвобождаются фосфатидная кислота и спирт. Существует 2 изоформы этой фосфолипазы D1 и D2.

Фосфолипазы играют важную роль в обмене липидов в живых организмах. Их используют для определения структуры фосфоглицеридов и места их локализации в мембранах.

1. Фосфолипазы.

1.1 Классификация. Свойства

Фактически различают несколько фосфолипаз группы А, они являются составной частью многих тканей и секретов живых организмов.

Фосфолипазы A1 в большинстве своем - внутриклеточные ферменты, часто мембраносвязанные, не нуждаются в коферменте. Их молекулярные массы варьируют в пределах 15-90 тыс.; оптимальная каталитическая активность проявляется при рН 4,0 (для лизосомальных ферментов) или 8,0-9,5 (для ферментов микросом, плазматических мембран и цитозоля); широко распространены в животных тканях (печень, сердце, мозг) и в микроорганизмах (Bacillus subtilis, В. megateiium, Mycobacter phlei, Escherichia coli).

Фосфолипазы А1 отщепляют ацильную цепь фосфолипида в sn-1 положении. При действии фосфолипазы А1 на фосфолипид образуется 1-лизофосфолипид и жирная кислота. Фосфолипаза является активным компонентом змеиного яда гемолитического действия.

Фосфолипазы A2 - наиболее изученные представители фосфолипаз. Известны 3 группы фосфолипаз A2: 1) ферменты ядов змей, рептилий и насекомых, существующие в виде большого количества изоформ; 2) ферменты поджелудочной железы млекопитающих, продуцирующиеся в организме в виде зимогенов (предшественников с большей молекулярной массой) и активирующиеся трипсином; 3) внутриклеточные ферменты из крови и тканей животных, среди которых имеются как растворимые, так и мембраносвязанные.

Фосфолипазы A2 первых двух подгрупп являются водорастворимыми ферментами с молеклярной масссой 11-19 тыс. (некоторые активны в виде димеров), обладают высокой стабильностью благодаря большому числу (6-7) дисульфидных связей. Оптимальная каталитическая активность при рН 7,5-9,0; рI от 4,0 до 10,5; кофермент - Ca2+. Для множества представителей этих подгрупп фосфолипаз известны первичная и пространственная структур. В активном центре обнаружены остатки гистидина и аспарагиновой кислоты. Свойства внутриклеточных фосфолипаз A2 (третья подгруппа) зависят от субклеточной локализации фермента. Их молекулярная масса 12-75 тыс.; оптимальная каталитическая активность при рН 4,2-9,0. Некоторые ферменты этой подгруппы не содержат коферментов.

Фосфолипазы В выделены из растений, микроорганизмов, яда пчел, тканей млекопитающих. Ферменты этой группы крайне неспецифичны, катализируют гидролиз различных сложноэфирных связей, обладают литическим (разрушающим) действием по отношению к биологически мембранам (что обусловливает их токсичность). Молекулярная масса фосфолипаз В 15-65 тыс., они менее стабильны, чем фосфолипазы А; их оптимальная каталитическая активность проявляется при рН от 4,5 (лизосомальный фермент) до 10,0 (ферменты ядов). Фосфолипазы не имеют коферментов, не ингибируются этилендиаминтетрауксусной кислотой. Некоторые фосфолипазы В ингибируются диизопропилфторфосфатом и п-хлормеркурбензойной кислотой. Универсальные ингибиторы для всех фосфолипаз В - ПАВ.

Фосфолипаза В способна гидролизовать ацильную цепь фосфолипида в sn-1 и sn-2 положениях Как правило фосфолипаза действует на лизолецитин (лизофосфатидилхолин), образующийся в результате действия фосфолипазы А1 на лецитин (фосфатидилхолин).

Фосфолипазы С обнаружены у бактерий Clostridium, Bacillus и Pseudomonas, а также в клетках млекопитающих (печень, мозг, поджелудочная железа). Для некоторых из них характерна строгая специфичность по отношению к спиртовой группе молекулы субстрата, например к остатку холина (фосфолипазы Cx) и миоинозита (фосфолипазы Си). Молекулярная масса фосфолипаз С от 23 до 51 тыс. Ионы Zn2+ являются для них коферментом и стабилизатором. Оптимальная каталитическая активность при рН около 7 для фосфолипаз Cx, и при рН < 7 для фосфолипаз Си.

Фосфолипаза С, гидролизующая фосфодиэфирную связь между глицериновым остатком фосфолипида и полярной фосфатной группой, относится к фосфодиэстеразам также как и фосфолипаза D. Фосфолипаза С является ключевым ферментом метаболизма фосфатидилинозитола и липидных сигнальных путей.

Фосфолипаза С активируется Gбq или Gвг субъединицами G-белка. Таким образом, она является частью G-белоксвязанного рецептора (англ. G protein-coupled receptor) и соответствующего сигнального пути или частью трансмембранного рецептора с внутренней или ассоциированной тирозинкиназной активностью.

Фосфолипаза С гидролизует фосфатидилинозитол (PIP2) на два вторичных медиатора инозитолтрифосфат (IP3) и диацилглицерин (DAG). Эти медиаторы становятся вовлечены в последующие этапы сигнальных путей. В частности, они модулируют кальциевые каналы эндоплазматического ретикулума и протеинкиназу С, соответственно.

Фосфолипаза D относится к группе важных ферментов, которые в живых системах выполняют разнообразные функции от усвоения питательных веществ до синтеза биологически активных соединений. Обнаружены в растениях (овощи, водоросли), микроорганизмах и в тканях животных. Их молекулярная масса 90-116 тыс. Оптимальная каталитическая активность при рН 4,7-8,0. Катионные ПАВ ингибируют фосфолипазы D, анионные - активируют.

Фосфолипаза D проявляет прежде всего гидролитическую активность, в результате которой происходит расщепление сложноэфирной связи между остатком фосфатидной кислоты и спирта в молекулах фосфолипидов (ФЛ). При этом последний замещается на водород, но возможен перенос остатка фосфатидной кислоты на самые разные гидроксилсодержащие акцепторы, что представляет большой интерес для биотехнологии, так как трансфосфатидилирующая активность фосфолипазы может быть использована для синтеза разнообразных лекарственных препаратов.

Фосфолипаза D специфически расщепляет фосфатидилхолин на фосфатидную кислоту и холин, высвобождая последний в цитоплазму.

фосфатидилхолин фосфатидная кислота холин

1.2 Система фосфолипаза С - инозитол-3-фосфат

Активация мембранной гуанилатциклазы происходит не под непосредственным влиянием гормон-рецепторного комплекса, а опосредованно через ионизированный кальций и ок-сидантные системы мембран. Определяющая эффекты ацетилхолина стимуляция активности гуанилатциклазы также осуществляется опосредованно через Са2+. Через активацию гуанилатциклазы реализует эффект и на-трийуретический гормон предсердий -- атриопептид. Путем активации пе-рекисного окисления стимулирует гуанилатциклазу гормон эндотелия сосудистой стенки оксид азота -- расслабляющий эндотелиальный фактор. Под влиянием гуанилатциклазы из ГТФ синтезируется цГМФ, активирующий цГМФ-зависимые протеинкиназы, которые уменьшают скорость фосфорилирования легких цепей миозина в гладких мышцах стенок сосудов, приводя к их расслаблению.

В большинстве тканей биохимические и физиологические эффекты цАМФ и цГМФ противоположны. Примерами могут служить стимуляция сокращений сердца под влиянием цАМФ и торможение их цГМФ, стимуляция сокращения гладких мышц кишечника цГМФ и подавление цАМФ. цГМФ обеспечивает гиперполяризацию рецепторов сетчатки глаза под влиянием фотонов света. Ферментативный гидролиз цГМФ, а следовательно, и прекращение гормонального эффекта, осуществляется с помощью специфической фосфодиэстеразы.

Опосредование гормонального сигнала системой фосфолипаза С--инозитол-3-фосфат.

Образование гормон-рецепторного комплекса при участии регуляторного G-белка активирует мембранную фосфолипазу С, вызывающую гидролиз фосфолипидов мембраны с образованием двух вторичных посредников: инозитол-3-фосфата и диацилглицерола. Инозитол-3-фосфат ведет к выходу Са2+ из внутриклеточных депо. Связывание ионизированного кальция со специализированным белком кальмодулином активирует протеинкиназы и вызывает фосфорили-рование внутриклеточных структурных белков и ферментов. Диацилглицерол повышает сродство протеинкиназы С к Са2+, способствуя ее активации, что также завершается процессами фосфорилирования белков. Диацилглицерол одновременно реализует другой путь опосредования гормонального эффекта, активируя фосфолипазу А2 и образование простаноидов.

Гормонрецепторный комплекс с участием регуляторного G-белка ведет к активации мембранного фермента фосфолипазы С, вызывающей гидролиз фосфолипидов мембраны с образованием двух вторичных посредников: инозитол-3-фосфата и диацилглицерола. Инозитол-3-фосфат вызывает выход Са2+ из внутриклеточных депо, в основном из эндоплазматического ретикулума, ионизированный кальций связывается со специализированным белком кальмодулином, что обеспечивает активацию протеинкиназ и фосфорилирование внутриклеточных структурных белков и ферментов. В свою очередь диацилглицерол способствует резкому повышению сродства протеинкиназы С к ионизированному кальцию, последний без участия кальмоду-лина ее активирует, что также завершается процессами фосфорилирования белков.

Диацилглицерол одновременно реализует и другой путь опосредования гормонального эффекта за счет активирования фосфолипазы А2. Под влиянием последней из мембранных фосфолипидов образуется арахидоновая кислота, являющаяся источником мощных по метаболическим и физиологическим эффектам веществ -- простагландинов и лейкотриенов. В разных клетках организма превалирует один или другой путь образования вторичных посредников, что в конечном счете и определяет физиологический эффект гормона. Через рассмотренную систему вторичных посредников реализуются эффекты адреналина (при связи с альфа-адренорецептором), вазопрессина (при связи с V-1-рецептором), ангиотензина-И, соматостатина, окситоцина.

2. Фосфолипазы А2

2.1 Общие сведения (реакция, открытие, строение)

Фосфолипаза А2 (К.Ф.3.1.1.4.) - фермент, катализирующий отщепление остатка жирной кислоты - лецитин, кефалин - от фосфолипидов, превращая их в токсичные соединения, сильно уменьшающие поверхностное натяжение. Эти соединения растворяют эритроциты и другие, клеточные и субклеточные структуры и поэтому его называют лизолецитинами и лизокефалинами

В молекуле фосфолипидов фосфолипаза пчелиного яда отщепляет жирную кислоту со второго места в молекуле и поэтому ее называют фосфолипазой А2. Она известна с 1897 года (Лангер) как фактор, усиливающий гемолитическую активность пчелиного яда после добавления лецитина. Фосфолипаза является наиболее исследованным энзимом пчелиного яда. Как пищеварительный фермент фосфолипаза была открыта в 1900 году. Сейчас очевидно, что фосфолипаза А2 (ФЛА2) - больше чем пищеварительный фермент. Она широко распространена и присутствует в большинстве клеток и тканей млекопитающих, выполняя функции регулятора метаболизма, поддержания мембранного гомеостаза, образования предшественников эйкозаноидов.

В зависимости от молекулярной массы, клеточной локализации и присутствия ионов Са2+ различают цитозольные ФЛА2, секреторные и Са-независимые ФЛА2 или ФЛА2 внешней мембраны.

Страницы: 1, 2, 3, 4