生化综述
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生化综述
G-6-PD的研究进展
摘要:葡萄糖-6- 磷酸脱氢酶(glucose-6-phosphatedehydrogenase, G6PD, EC1.1.1.49),存在于所有组织和细胞中,是磷酸戊糖途径的关键酶。
这一途径的主要功能是产生还原型辅酶II(reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH),NADPH不仅是体内多种物质合成的供氢体,还用于维持谷胱甘肽(GSH 的还原状态),而GSH 对于维持红细胞膜的稳定性及人体内自由基的清除是必不可少的。
因此,G6PD 缺乏时由于红细胞膜的氧化损伤,可出现药物性溶血、感染性溶血、蚕豆病、新生儿高胆红素血症及慢性非球形红细胞性溶血性贫血等表现。
[1]
磷酸戊糖途径在动物、微生物和植物中都存在,在进化上已然不可或缺。
G6PD又起着启动整个反应链的作用,它在细胞中的水平直接影响磷酸戊糖途径的强弱。
近年来G6PD蛋白质的结构与功能、纯化方法、酶动力学、是研究的热点,特别是相关遗传病和基因突变等方面有着诸多进展。
研究表明G 6 P D 基因突变引起氨基酸置换可导致酶活性降低、酶动力学性质改变及不同的临床表型; 结构分析提示这与蛋白质的底物结合域、辅酶结合域、二聚体界面和分子稳定性等多种因素有关。
1,G6PD临床上的研究
1987年,Yoshida等人首次从正常或感染疟原虫的人红细胞中分离纯化出G6PD。
[1]G6PD 缺乏者对疟原虫也具有先天抵抗力,临床研究证实,G6PD 缺乏的儿童可以免遭重症恶性疟疾。
缺乏者的红细胞对氧化剂特别敏感,而疟原虫的发育需利用宿主细胞内的还原型辅酶II,因此受感染的红细胞在疟原虫成熟前就有自然溶解的倾向。
研究先天抵抗力的遗传因素有助于抗疟疫苗及抗疟药物的开发。
[2]以往统计资料表明非洲热带、中东、东南亚包括中国南方、南美洲的部分地区、亚洲热带和亚热带地区、地中海某些地区为G6PD缺乏症高发区,其发病率在5% ~25% ,中国呈“南高北低”的趋势,主要分布在长江以南区域,以广东、广西、海南、贵州、云南、四川、台湾等地高发,人群基因携带率约为4% ~20%。
[3] 红细胞葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症是最常见的人类酶缺陷性遗传病,影响了世界大约4亿人,患者临床表现差异大,可从无症状到新生儿黄疸,药物、感染或食物诱发急性溶血、慢性非球形红细胞溶血性贫血和蚕豆病,严重者甚至可导致新生儿期重症核黄疸,造成死亡或永久性的神经系统损伤。
据文献报告G6PD缺乏的新生儿42. 0%有黄疸的发生,广西南宁地区新生儿胆红素脑病70. 4%为G6PD缺陷所致。
G6PD缺乏症的地理分布与历史上疟疾分布一致,提示这些地区G6PD缺乏症高发是疟疾的自然选择的结果。
[3]
2,G6PD分离提纯方法
随着技术的改进和提高,国内外学者在G6PD 的表达、分离纯化等方面取得了一定进展。
其方法主要是在G6PD 缺陷型大肠杆菌中进行蛋白质的表达,运用GST 亲和层析、His-tag 亲和层析、2’,5’-ADP Sepharose 4B 柱亲和层析、DEAE Sepharose Fast Flow离子交换层析等方法分离纯化,然后测定酶活性、动力学参数等,从而为G6PD 的酶学性质研究提供重要的科学数据。
[1]
3,测定G6PD活性的方法
目前G-6-PD 酶活力测定方法有多种,以高铁血红蛋白还原法常用,但由于高铁血红蛋白还原试验是反映完整红细胞对Hi 的还原能力,故其特异性较低,一般用作G-6-PD 缺陷的筛选试验。
瓦氏呼吸器测氧压法、电位法、荧光点试验等方法操作繁琐,有些需大型仪器,测定时间长等特点,很难得到推广,临床开展较困难。
[4]
(1) 酶耦联测定法。
以葡萄糖-6-磷酸为底物,在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP) 存在下G-6-PD 催化底物脱氢,于波长340 nm 监测NADPH 生成速率。
G-6-PD在催化6-PGA脱羧,生成核酮糖-5-磷酸的同时,使NADP 还原为NADPH。
所以此法在试剂中加入了G-6-PD 抑制剂,使G-6-PD 的活性被完全抑制,从而达到测定G262PD 的活性。
(2) 紫外分光光度法。
G-6-PD催化NADP反应,在340 nm 波长测定每分钟NADPH 的吸光度变化率,计算G262PD 的活性。
采用紫外分光光度法测定G262PD 酶活性,也是实验室最简单、易行、准确、有效的方法。
4,G6DP结构与功能
突变与酶活性与临床表现之间的关系是一个重要研究课题,从它的结构和功能入手是一个很有效的方法。
有活性的G6PD 是以二聚体或四聚体状态存在,其基因突变主要通过两种机制影响酶的活性,即影响G6PD 功能结构区的功能和G6PD 二聚体的形成。
目前普遍认为,G6P 结合位点、NADP+ 结合位点及G6PD 肽链C- 末端为重要的功能区。
对中国人最常见的G6PD 突变型G6PDCanton(R459L)晶体结构的分析发现,引起酶活性严重缺陷的基因突变导致的氨基酸置换大部分接近NADP+ 结合位点或二聚体界面,主要通过影响分子的稳定性而引起酶活性降低; 同时发现结合底物和辅酶的氨基酸序列也相对保守[1]。
Au等[5]还提出人类G6PD 处于一种二聚体与四聚体的动态平衡状态,其稳定性有赖于NADP+ 的浓度; NADP+ 分子结构接近二聚体接触面,是构成完整的亚单位所必需的。
凡能影响到G6PD 二聚体的形成、稳定性及NADP+ 结合区、G6P 结合区的G6PD 基因突变均可对酶活性造成不同程度的影响,并引起不同的临床表现。
对G-6-DP的研究还在继续,我们可以想象,当它更多的功能被发掘出来,当人们能控制其在体内活性的时候,许多难以治愈的疾病将迎刃而解,鉴于它在生理反应中不可替代的作用,将来可能是某些生物产品的关键成分。
可以说,控制了葡萄糖-6- 磷酸脱氢酶就控制了一半的磷酸戊糖途径和1/4的NADPH。
参考文献:
[1] 吕会茹等人体葡糖-6- 磷酸脱氢酶的酶学和结构2009
[2] 来自网络,作者不详
[3] 蔡稔葡萄糖262磷酸脱氢酶缺乏症的分子流行病学及诊断2007
[4] 陈立华紫外分光光度法测定红细胞葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活性的应用2008
[5] Au SW et al. Human glucose-6-phosphate dehydrogenase: thecrystal structure reveals a structural NADP(+) molecule andprovides insights into enzyme deficiency. Structure, 2000。