Aldolazy
Aldolazy to enzymy z grupy liaz (liaz węgiel–węgiel, aldehydoliaz, EC 4.1.2.13), które przede wszystkim katalizują reakcję rozszczepienia aldolowego. Mają one istotne znaczenie w procesie glikolizy. Substratem dla aldolazy jest jedna cząsteczka sześciowęglowa – fruktozo-1,6-bisfosforan (F-1,6-BP), a produktami reakcji są triozy: aldehyd 3-fosfoglicerynowy (G3P) oraz fosfodihydroksyaceton (DHAP). Reakcja ta stanowi początek jednego z kluczowych etapów glikolizy, w którym kolejnymi substratami są cząsteczki trójwęglowe. G3P wchodzi bezpośrednio w dalsze etapy szlaku glikolitycznego, podczas gdy DHAP może być łatwo przekształcany w swój izomer G3P przez izomerazę triozofosforanową. Reakcja rozszczepienia aldolowego, którą katalizuje aldolaza, jest procesem odwracalnym. Ponadto, kondensacja aldolowa jest jednym z kroków glukoneogenezy. Wyróżniamy dwie klasy aldolaz FDP: aldolazy klasy I, które występują głównie u organizmów eukariotycznych, a także u niektórych bakterii, oraz aldolazy klasy II, opisane w organizmach prokariotycznych oraz u niektórych eukariotycznych glonów i grzybów.
Aldolaza F-1,6-BP klasy I organizmów eukariotycznych i bakterii
W komórkach ssaków zidentyfikowano trzy izoenzymy tetramerycznej aldolazy F-1,6-BP klasy I: A (w mięśniach), B (w wątrobie) oraz C (w mózgu). Izoenzymy A i C charakteryzują się wysokim powinowactwem do F-1,6-BP, podczas gdy izoenzym B wykazuje preferencje zarówno do 1,6-difosforanu fruktozy, jak i fruktozo-1-fosforanu. Wszystkie izoenzymy składają się z czterech identycznych podjednostek o masie około 40 kDa każda. Każda podjednostka zawiera w centrum aktywnym resztę lizyny, która tworzy z substratem (F-1-P lub F-1,6-BP) protonowaną zasadę Schiffa z charakterystyczną grupą iminową. Zasada Schiffa działa jako silny akceptor elektronów; w wyniku przyłączenia elektronu powstaje anion enolanowy, a następnie produkty reakcji. Eukariotyczne aldolazy FDP klasy I dzielą się na dwie podgrupy, a kryterium podziału stanowi sekwencja aminokwasowa. Aldolaza F-1,6-BP klasy I występuje również w komórkach bakterii, jednak jej rola w ich biochemii nie jest do końca zrozumiała.
Aldolaza F-1,6-BP klasy II
Aldolaza F-1,6-BP klasy II w Escherichia coli jest metaloproteiną, kodowaną przez gen fda. Białko Fda ma strukturę homodimeru o masie około 78 kDa. Każda podjednostka tego enzymu jest związana z jednym atomem cynku, który odgrywa kluczową rolę w procesie katalizy enzymatycznej. Ustalona wartość Km dla Fda wynosi 0,85 mM FDP, a punkt izoelektryczny wynosi 5,02. Atom cynku w centrum aktywnym każdej z podjednostek jest stabilizowany przez trzy reszty histydyny: His110, His226 i His264, które ułatwiają jego interakcję z substratem. Oprócz jonów Zn2+ i wymienionych reszt aminokwasowych, w przekształceniu FDP do G3P i DHAP uczestniczą także inne składniki aminokwasowe centrum aktywnego Fda, w tym reszta Arg331 (wspomagająca depolaryzację G3P) oraz Asn286 (stabilizująca wiązanie pochodnej DHAP). Ważne są również reszty Asp144, Asp288, Asp290, Asp286 i Asp329, które wspierają proces hydrogenacji karbanionowej pochodnej DHAP, oddziałując z DHAP, związanym z drugą podjednostką enzymu.
Inne aldolazy
Aldolaza 1,6-difosforanu tagatozy
Aldolaza 1,6-difosforanu tagatozy (Kba) odgrywa rolę w rozkładzie jednego z naturalnych sześciowęglowych alkoholi, galaktitolu. Katalizuje reakcję rozkładu 1,6-difosforanu tagatozy do fosfodihydroksyacetonu i aldehydu fosfoglicerynowego. Z niejasnych powodów gen kba u E. coli często ulega mutacjom, co prowadzi do powstania produktu o obniżonej stabilności termicznej.
Aldolaza kwasu 2-keto-3-dezoksy-6-fosfoglukonowego
Ten typ aldolazy jest kodowany przez gen eda, który jest częścią operonu edd-eda. Operon ten odpowiada za szlak rozkładu kwasu glukonowego (heksozy), znany jako szlak Entnera-Doudoroffa. Białko Eda katalizuje rozkład kwasu 2-keto-3-dezoksy-6-fosfoglukonowego do aldehydu fosfoglicerynowego i pirogronianu. Eda jest syntetyzowana w komórkach na stałym poziomie, ale gdy jedynym źródłem węgla dla bakterii jest kwas glukonowy, poziom jej syntezy wzrasta czterokrotnie.
Aldolaza L-treoniny
Enzymy z grupy aldolaz katalizują nie tylko rozkład węglowodanów, lecz także aminokwasów. Przykładem jest aldolaza L-treoniny (L-TA), która przekształca L-treoninę w glicynę i aldehyd octowy. Enzym ten wykazuje dużą odporność na wysoką temperaturę – po 60 minutach inkubacji w 60 °C zachowuje 100% swojej aktywności. L-TA z E. coli charakteryzuje się niewielką specyfiką substratową: oprócz L-treoniny przekształca również L-allo-treoninę. Do działania L-TA niezbędny jest fosforan pirydoksalu jako koenzym.
