Prolyl-4-Hydroxylase

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Prolyl-4-Hydroxylase
Prolyl-4-Hydroxylase
Masse/Länge Primärstruktur 534 / 535 / 544 Aminosäuren (Homo sapiens)
Sekundär- bis Quartärstruktur Tetramer aus zwei α- und zwei β-Untereinheiten
Kofaktor Vitamin C
Enzymklassifikation
EC, Kategorie 1.14.11.2Dioxygenase
Reaktionsart Hydroxylierung
Substrat Peptidyl-Prolin + α-Ketoglutarat + O2
Produkte Peptidyl-Hydroxyprolin + Bernsteinsäureanhydrid + CO2
Vorkommen
Übergeordnetes Taxon Eukaryoten (Eucaryota)

Die Prolyl-4-Hydroxylase (4-PH) (auch: Procollagenprolin-Dioxygenase, EC 1.14.11.2) ist ein Enzymkomplex in Eukaryoten (Eucaryota)[1], der in Gewebetieren oder Wirbeltieren die Hydroxylierung von Prolylresten in Proteinen katalysiert. Dabei handelt es sich um eine posttranslationale Modifikation. Sie ist essentiell für die Biosynthese des Kollagens.[2]

Katalysierte Reaktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mithilfe molekularen Sauerstoffs (O2) werden bestimmte Prolylreste des physiologischen Substrats Kollagen hydroxyliert. Dabei geht jeweils ein Sauerstoffatom auf α-Ketoglutarat, welches (durch Decarboxylation) zum Succinat wird, das andere auf den Prolylrest, welcher zum 4-Hydroxyprolyl wird. Dabei können gleichzeitig zwei verschiedene Reaktionen ablaufen:[3]

  • die Prolyl-Hydroxylierung ohne Ascorbat:
Prolyl-Procollagen + α-Ketoglutarat + O2 4-Hydroxyprolyl-Procollagen + Succinat + CO2
  • die ungekoppelte Decarboxylierung von Ketoglutarat mit Ascorbat (mit und ohne Anwesenheit des Prolylrests):
(Prolyl-Procollagen +) α-Ketoglutarat + Ascorbat + O2 (Prolyl-Procollagen +) Succinat + CO2 + Dehydroascorbat

Bei der ersten Reaktion werden also nicht beide Atome eines Sauerstoffmoleküls auf dasselbe Substrat übertragen, sondern auf zwei verschiedene.

Struktur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es handelt sich um ein Tetramer aus zwei α- und zwei β-Untereinheiten. Die α-Untereinheit kann beim Menschen von drei möglichen paralogen Genen codiert sein, wobei es jeweils noch Isoformen durch alternatives Spleißen gibt. Bei der zweiten Untereinheit handelt es sich um eine Proteindisulfid-Isomerase, die, an der posttranslationalen Modifikation von Proteinen teilnehmend, in hoher Konzentration als Chaperon fungieren kann. Sie ist außerdem Untereinheit des MTTP-Proteins.[4]

Name Gen Protein-Größe
(aa)
UniProt OMIM Kommentar
4-PH α-1 P4HA1 534 P13674 176710 ER-Lumen. Isoformen 1,2. EC 1.14.11.2
4-PH α-2 P4HA2 514 O15460 600608 ER-Lumen. Isoformen IIa, IIb. EC 1.14.11.2
4-PH α-3 P4HA3 525 Q7Z4N8 608987 ER-Lumen, Plazenta, Leber, fetales Gewebe. Isoformen 1,2. EC 1.14.11.2
PDI P4HB 491 P07237 176790 ubiquitär, multifunktionell, EC 5.3.4.1

Enzym und Koenzyme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Prolylhydroxylase ist eine mischfunktionelle Hydroxylase oder Dioxygenase.

In ihrem aktiven Zentrum befindet sich reduziertes Eisen (Fe2+), welches kurzfristig ein Elektron abgeben kann.

Kofaktoren: Zur Aktivität benötigt es α-Ketoglutarat, zur Regeneration Ascorbat (siehe Ascorbinsäure#Physiologische Bedeutung). Außerdem sind für die Aktivität das Substrat und molekularer Sauerstoff sowie Abwesenheit spezifischer Inhibitoren erforderlich.

Vorkommen und Expression[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Prolylhydroxylasen sind bei der Biosynthese von Kollagen erforderlich, kommen also in allen Wirbeltier-Fibroblastenzellen und Bindegewebezellen sowie vielen anderen Zellen vor, werden aber nicht in allen Körperzellen exprimiert.

Stimulation / Inhibition[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Enzymaktivität kann durch Bleomycin[5] stimuliert werden.

Prolylhydroxylasen können durch Poly(L-Prolin)[6], durch Poly(ADP-Ribose)[7], Roxadustat oder durch Erythropoetin (EPO, siehe Erythropoietin #Induktoren der EPO-Synthese) spezifisch inhibiert werden.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • R.A. Berg, D.J. Prockop: Affinity column purification of protocollagen proline hydroxylase from chick embryos and further characterization of the enzyme. In: J. Biol. Chem. 248 (1973), S. 1175–1182, PMID 4346946.
  • J.J. Hutton Jr., A.L. Tappel, S. Udenfriend: Cofactor and substrate requirements of collagen proline hydroxylase. In: Arch. Biochem. Biophys. 118 (1967), S. 231–240.
  • K.I. Kivirikko, Y. Kishida, S. Sakakibara, J. Prockop: Hydroxylation of (X-Pro-Gly)n by protocollagen proline hydroxylase. Effect of chain length, helical conformation and amino acid sequence in the substrate. In: Biochim. Biophys. Acta 271 (1972), S. 347–356, PMID 5046811.
  • K.I. Kivirikko, D.J. Prockop: Purification and partial characterization of the enzyme for the hydroxylation of proline in protocollogen. In: Arch. Biochem. Biophys. 118 (1967), S. 611–618.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Nachweise in: Arabidopsis thaliana, Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, Homo sapiens, Paramecium bursaria, durch
    J. Myllyharju: Prolyl 4-hydroxylases, the key enzymes of collagen biosynthesis. In: Matrix Biol.. 22, 2003, S. 15–24.
  2. L Kukkola, R Hieta, KI Kivirikko, J Myllyharju: Identification and characterization of a third human, rat, and mouse collagen prolyl 4-hydroxylase isoenzyme. In: J. Biol. Chem.. 278, Nr. 48, November 2003, S. 47685–93. doi:10.1074/jbc.M306806200. PMID 14500733.
  3. KI Kivirikko, R Myllylä, T Pihlajaniemi: Protein hydroxylation: prolyl 4-hydroxylase, an enzyme with four cosubstrates and a multifunctional subunit. In: FASEB J.. 3, Nr. 5, März 1989, S. 1609–17. PMID 2537773.
  4. UniProt P07237
  5. K. Takeda, S. Kawai, F. Kato, T. Tetsuka, K. Konno: Stimulation of prolyl hydroxylase activity by bleomycin. In: Journal of Antibiotics. Band 31, Nr. 9, 1978, S. 884–887, PMID 81830.
  6. D. F. Counts, G. J. Cardinale, S. Udenfriend: Prolyl hydroxylase half reaction: peptidyl prolyl-independent decarboxylation of alpha-ketoglutarate. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 75, Nr. 5, 1978, S. 2145–2149, PMID 209453.
  7. M. Z. Hussain, Q. P. Ghani, T. K. Hunt: Inhibition of prolyl hydroxylase by poly(ADP-ribose) and phosphoribosyl-AMP. Possible role of ADP-ribosylation in intracellular prolyl hydroxylase regulation. In: The Journal of Biological Chemistry. Band 264, Nr. 14, 15. April 1989, S. 7850–7855, PMID 2542248.