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醛缩酶

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醛缩酶A，果糖二磷酸

醛缩酶，裂解酶的一种，广义的指催化同形式反应的酶，例如亦有将鼠李糖磷酸醛缩酶等统称为醛缩酶。狭义的指催化裂解1，6-二磷酸-D-果糖生成3-磷酸-D-甘油醛与α-二羟丙酮磷酸反应的酶（同时在糖异生中也可催化这个反应的逆反应），即指1，6-二磷酸-D-果糖醛缩酶（Ec 4.1.2.13）。

1 机制和结构编辑

I类蛋白质形成质子化希夫碱中间体，将高度保守的活性位点赖氨酸与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸羰基碳连接起来。此外，酪氨酸残基作为稳定氢受体对这一机制至关重要。II类蛋白质使用不同的机制，用二价阳离子如Zn2+极化羰基。大肠杆菌半乳糖醇操纵子蛋白gatY和N-乙酰半乳糖胺操纵子蛋白agaY（塔格糖-二磷酸醛缩酶），是II果糖-二磷酸醛缩酶的同源蛋白。在这些同源物序列的前半序列部分，有两个组氨酸残基参与了与锌的结合。[1]

这两类蛋白质的亚单位都有一个折叠成含有活性位点的TIM桶的α/β结构域，几个亚单位被组装成完整的蛋白质，这两个类几乎没有序列同一性。

除了少数例外，在动物、植物和绿藻中只发现了I类蛋白质。[2] 除了少数例外，真菌中只发现了II类蛋白质。这两类在其他真核生物和细菌中都有广泛发现。这两类通常一起出现在同一个有机体中。植物和藻类除了通常的胞质醛缩酶之外，还有质体醛缩酶，有时是内共生的遗迹。一种具有I类机制的双功能果糖二磷酸醛缩酶/磷酸酶，已在古细菌和某些细菌中广泛发现。[3]这种古细菌醛缩酶的活性部位，也在TIM桶中。

2 在糖异生和糖酵解中编辑

糖异生和糖酵解共有六个可逆反应。在糖异生中，醛-3-磷酸被醛缩酶还原成果糖1,6-二磷酸。在糖酵解中，果糖1,6-二磷酸通过醛缩酶，被制成甘油醛-3-磷酸和二羟基丙酮磷酸。用于糖异生和糖酵解的醛缩酶是细胞质蛋白。

脊椎动物中发现三种I类蛋白质。醛缩酶A在肌肉和大脑中优先表达;醛缩酶B在肝、肾和肠细胞中优先表达; 醛缩酶C在大脑中优先表达。醛缩酶A和C主要参与糖酵解，而醛缩酶B同时参与糖酵解和糖异生。[4] 醛缩酶B的一些缺陷，导致遗传性果糖不耐受。肝脏中游离果糖的代谢，利用的是醛缩酶B使用果糖1-磷酸作为底物的能力。[5]古细菌果糖二磷酸醛缩酶/磷酸酶可能与糖异生有关，因为它的产物是果糖6-磷酸。[6]

3 在卡尔文循环中编辑

卡尔文循环是一个固碳途径；它是光合作用的一部分，光合作用将二氧化碳和其他化合物转化为葡萄糖。它和糖异生共同有一系列四种可逆反应。在这两种途径中，3-磷酸甘油酸(3-PGA or 3-PG)被还原成果糖1,6-二磷酸，醛缩酶催化最后一个反应。第五个反应，由果糖1,6-二磷酸酶在两条途径中催化，将果糖1-6-二磷酸水解成果糖6-磷酸和无机磷酸。自由能的大幅下降使这一反应不可逆。在卡尔文循环中，醛缩酶也催化DHAP（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）生成1,7-二磷酸庚酮糖和4-磷酸赤藓酮糖。卡尔文循环的主要产物是磷酸三糖和6-磷酸果糖，磷酸三糖是DHAP（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）和G3P（磷酸甘油醛）的混合物。两者都是再生RuBP所必需的。植物和藻类在卡尔文循环中使用的醛缩酶，通常是由核基因编码的质体靶向蛋白质。

4 反应编辑

醛缩酶催化

1,6-二磷酸果糖⇌ DHAP + G3P
以及
景天庚酮糖 1,7-二磷酸盐⇌ DHAP +赤藓糖4-磷酸盐
果糖1-磷酸⇌ DHAP +甘油醛
醛缩酶用于糖异生/糖酵解的可逆主干
2(PEP + NADH + H + + ATP + H 2O) ⇌果糖1,6-二磷酸盐+ 2(NAD + + ADP + P i)
醛缩酶也用于卡尔文循环中与糖异生共享的部分，在末端由果糖1,6-二磷酸酶催化的不可逆磷酸水解
2(3-PG + NADPH + H + + ATP + H 2O) ⇌果糖1,6-二磷酸盐+ 2(NADP + + ADP + P i)
1,6-二磷酸果糖+H 2O→6-磷酸果糖 + P i
在糖异生过程中，3-PG是由烯醇酶和磷酸甘油酸变位酶，通过连续反应产生的
PEP + H 2O ⇌ 2-PG ⇌ 3-PG
在卡尔文循环中，3-PG由rubisco（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶）生产
RuBP + CO 2+H 2O→2(3-PG)
G3P是由磷酸甘油酸激酶，在糖异生中，与甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)连续反应，在卡尔文循环中与甘油醛-3-磷酸脱氢酶(NADP +)(磷酸化)连续反应产生
3-PG + ATP ⇌ 1,3-二磷酸甘油酸盐+ ADP
1,3-二磷酸甘油酸+ NAD(P)H + H + ⇌ G3P + P i + NAD(P) +
磷酸丙糖异构酶使DHAP和G3P保持近似的平衡态，产生一种叫做磷酸丙糖的混合物
G3P ⇌ DHAP
因此DHAP和G3P对醛缩酶都是有效的。

5 兼职性质编辑

醛缩酶还涉及许多“兼性”或非催化功能，这是因为它对多种其他蛋白质的结合亲和力，包括肌动蛋白、α微管蛋白、轻链动力蛋白、威奥综合征蛋白、带3阴离子交换剂、磷脂酶D (PLD2)、葡萄糖转运蛋白GLUT4、肌醇三磷酸、V-ATP酶和ARNO(ARF 6的鸟嘌呤核苷酸交换因子)。这些关联被认为主要涉及细胞结构，然而，涉及细胞内吞作用、寄生虫入侵、细胞骨架重排、细胞运动、膜蛋白运输和再循环、信号转导和组织分隔等的功能也已经被研究。[7][8][9]

参考文献

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  • [2]

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