Aldolaasi

Aldolaasi eli fruktoosi-1,6-bisfosfaattialdolaasi on entsyymi, joka osallistuu glykolyysiin ja glukoneogeneesiin. Aldolaasi katalysoi fruktoosi-1,6-bisfosfaatin ja muiden vastaavankaltaisten sokerifosfaattien reversiibeliä hajoamista glyseraldehydi-3-fosfaatiksi tai glyseraldehydiksi ja dihydroksiasetonifosfaatiksi. Reaktioista hajoaminen tapahtuu glykolyysin yhteydessä ja kondensoituminen fruktoosi-1,6-bisfosfaatiksi glukoneogeneesissä. Nimensä entsyymi on saanut katalysoimansa reaktion aldolikondensaation ja sen käänteisreaktion mukaan.

Malli aldolaasin rakenteesta

Isoentsyymit

Aldolaasilla on kolme eri isoentsyymiä: aldolaasi A, aldolaasi B ja aldolaasi C, jotka ovat kaikki rakenteeltaan tetrameereja. Ne esiintyvät eri kudoksissa, ja niihin sitoutuu eri substraatti. Aldolaasi A on aktiivinen erityisesti lihaksistossa ja veressä, aldolaasi B:tä esiintyy maksassa, munuaisissa ja ohutsuolessa ja aldolaasi C vaikuttaa aivoissa. Aldolaasi A ja C sitoutuvat voimakkaimmin fruktoosi-1,6-bisfosfaattiin, ja esimerkiksi fruktoosi-1-fosfaatin sitoutuminen entsyymiin on 50 kertaa heikompaa aldolaasi A:han ja 10 kertaa heikompaa Aldolaasi C:hen. Aldolaasi B sitoutuu yhtä voimakkaasti fruktoosi-1-fosfaattiin kuin fruktoosi-1,6-bisfosfaattiin. Tämä näkyy aldolaasi B:n suurempana K_M-arvona fruktoosi-1-fosfaatille verrattuna muihin aldolaasin isoentsyymeihin.

Aldolaasit voidaan jakaa myös kahteen luokkaan eliöiden mukaan. Aldolaasi I -luokan entsyymejä esiintyy eläimissä ja kasveissa ja aldolaasi II -luokan entsyymejä eräissä bakteereissa, sienissä ja levissä.

Mekanismi

Aldolaasin katalysoiman reaktion mekanismi. Entsyymin aktiivisen kohdan aminohappojen sivuketjut on kuvassa esitetty sinisellä

Tärkeitä aminohappoja entsyymin aktiivisessa kohdassa ovat muun muassa lysiini, asparagiinihappo ja glutamiinihappo. Glykolyysissä entsyymin substraatti muodostaa karbinolamiinin lysiinin kanssa ja siitä lohkeaa vettä, jolloin muodostuu iminiumioni. Ioni hajoaa retroaldolikondensaatiolla, jolloin vapautuu glyseraldehydi-3-fosfaatti ja muodostuu uusi iminiumioni. Tämä ioni hajoaa hydrolyysissä, jossa vapautuu dihydroksiasetonifosfaatti.

Glukoneogeneesissä dihydroksiasetonifosfaatti sitoutuu lysiiniin, jolloin muodostuu iminiumioni. Iminiumioni reagoi glyseraldehydi-3-fosfaatin kanssa aldolikondensaatiolla, jota seuraa protonin luovutus. Entsyymin ja tuotteen välinen kovalenttinen sidos hydrolysoituu ja fruktoosi-1,6-bisfosfaatti vapautuu.

Koentsyymit, inhibiittorit ja olosuhteet

Koentsyymien tarve on erilainen aldolaasi I -luokan entsyymeillä ja aldolaasi II -luokan entsyymeillä. Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat entsyymit eivät tarvitse kofaktoreita, kun toisen luokan entsyymien toiminnalle ovat välttämättömiä kelatoituvat ionit, kuten sinkki, mangaani tai magnesium, jotka toimivat Lewis-happoina. Aldolaasien toimintaa estävät muun muassa ADP- ja ATP-molekyylit, fruktoosi-6-fosfaatti ja glyoksyylihappo.

Aldolaasin toiminnalle suotuisimmat olosuhteet vaihtelevat eliöittäin. Se toimii tehokkaimmin lämpötilan ollessa välillä 28–80 °C ja pH:n ollessa 5–12. Ihmisellä entsyymi on stabiili aina 40 °C:n lämpötilaan asti, minkä jälkeen aktiivisuus laskee huomattavasti. Ihmisellä sopiva pH-alue on 4–12.

Aldolaasi ja sairaudet

Kohonnut aldolaasiaktiivisuus voi olla merkki lihasdystrofiasta tai myosiitista, ja arvot voivat olla koholla myös infarktin tai hepatiitin takia.

Aldolaasi A:n puute on harvinainen resessiivisesti autosomien kautta periytyvä sairaus. Sen oireina ovat heikkous ja lihasten huono rasituksenkesto.

Aldolaasi B:n puute johtaa perinnölliseen fruktoosi-intoleranssiin. Sairaus ilmenee noin joka kahdenellakymmenellätuhannella lapsella. Tauti ilmenee, kun lapsi siirtyy äidinmaidosta syömään glukoosi- ja fruktoosipitoista ravintoa. Vähäisen aldolaasi B:n määrän vuoksi fruktoosi-1-fosfaatti kertyy elimistöön, mikä aiheuttaa epäorgaanisen fosfaatin konsentraation laskua ja sitä kautta myös ATP-määrän laskua. Tämä vaikuttaa muun muassa glukoneogeneesin ja proteiinisynteesin toimintaan. Tauti johtuu geenimutaatiosta, jonka seurauksena aminohappo alaniini, korvautuu iminohappo proliinilla

Aldolaasin käyttö orgaanisessa synteesissä

Aldolaasia voidaan käyttää orgaanisessa synteesissä stereospesifisissä aldolireaktiossa. Näin voidaan valmistaa hyvin stereospesifisesti halutun avaruusrakenteen omaavia yhdisteitä. Tähän tarkoitukseen käytetään tyypillisesti kanin lihaksistosta peräisin olevaa aldolaasia. Entsyymi tarvitsee glyseraldehydi-3-fosfaattia, mutta hyväksyy elektrofiileiksi suuren määrän eri aldehydejä. On tutkittu myös entsyymejä, jotka vaativat glyseraldehydi-3-fosfaatin sijasta dihydroksiasetonifosfaattia.

Lähteet

• Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko & Lubert Stryer: Biochemistry, 6th Edition. W. H. Freeman and Company, 2006. ISBN 978-0-7167-8724-2. (englanniksi)
• J. G. Salway: Medical biochemistry at a glance. Wiley-Blackwell, 2006. ISBN 978-1-4051-1322-9. Kirja Googlen teoshaussa. (englanniksi)
• Richard P. Lifton,Stefan Somlo,Gerhard H. Giebisch: Genetic diseases of the kidney. Academic Press, 2008. ISBN 978-0-12-449851-8. Kirja Googlen teoshaussa. (englanniksi)
• John McMurry,Tadhg P. Begley: The organic chemistry of biological pathways. Roberts and Company Publishers, 2005. ISBN 978-0974707716. Kirja Googlen teoshaussa. (englanniksi)
• Tim Bugg: An introduction to enzyme and coenzyme chemistry. Wiley-Blackwell, 1997. ISBN 978-0865427938. Kirja Googlen teoshaussa. (englanniksi)
• John Fernandes: Inborn metabolic diseases: diagnosis and treatment. Springer, 2006. ISBN 978-3540287834. Kirja Googlen teoshaussa. (englanniksi)
• Richard A Harvey,Denise R Ferrier: Lippincott's Illustrated Reviews: Biochemistry. Lippincott Williams & Wilkins, 2010. ISBN 978-1-60831-412-6. Kirja Googlen teoshaussa. (englanniksi)