L-gulonolakton-oksidaza (EC1.1.3.8) je enzim koji proizvodi vitamin C, ali je nefunkcionalan kod uskonosnih majmuna (Haplorrhini) (uključujući ljude), neke šišmiše i zamorce. To je katalizator reakcije L-gulono-1,4-laktona s kisikom do L-ksilo-heks-3-gulonolaktona i vodik-peroksida. Koristi FAD kao kofaktor.L-ksilo-heks-3-gulonolakton (2-keto-gulono-gama-lakton) može se spontano, bez enzimskog djelovanja, pretvoriti u heksuronsku kiselinu (askorbinska kiselina).
Nedostatak gulonolakton-oksidaze Nefunkcionalni pseudogen gulonolakton-oksidaze (GULOP) mapiran je u ljudski hromosomu 8, sekvenca 8p21, koji odgovara evolucijski konzerviranom segmentu na svinjskom hromosomu 4 (SSC4) ili 14 (SSC14) .GULOP – iHOP GULO proizvodi prekursora askorbinske kiseline, koja se spontano pretvara u vitamin ("vitamin C").
Gubitak aktivnosti gena za L-gulonolakton oksidazu (GULO) dogodio se odvojeno u historiji nekoliko vrsta. GULO aktivnost je izgubljena kod nekih vrsta šišmiša, ali druge ga zadržavaju. Gubitak ove enzimske aktivnosti odgovoran je za nemogućnost zamorčića da enzimski sintetiziraju vitamin C. Oba ova događaja desila su se neovisno o gubitku u podredu primata Haplorrhini, uključujući ljude.
Ostatak ovog nefunkcionalnog gena s mnogo mutacija ipak je prisutan u genomima zamoraca i ljudi. Nije poznato postoje li ostaci gena kod šišmiša, kojima nedostaje aktivnost GULO. Čini se da je funkcija GULO-a izgubljena nekoliko puta, a možda i ponovno stečena, u nekoliko redova vrapčarskih ptica Passerine, gdje sposobnost stvaranja vitamina C varira od vrste do vrste.
Gubitak GULO aktivnosti u redu Primates dogodio se prije otprilike 63 miliona godina, otprilike u vrijeme kada se podijelio na podredove Haplorhini (koji je izgubio aktivnost enzima) i Strepsirrhini (koji ga je zadržao) ). Haplorhini ("jednostavnonosi") primati, koji ne mogu enzimski proizvesti vitamin C, uključuju tarzijuse, majmune i ljude. Strepsirrhini (savijeni ili mokronosi) primati, koji i dalje mogu enzimski stvarati vitamin C, uključuju lorije, galagoe, potoe i, u određenoj mjeri, lemure.
Nedostatak L-gulonolakton oksidaze naziva se "hipoaskorbemija" HYPOASCORBEMIA – NCBI and is described by OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man)OMIM – Online Mendelian Inheritance in Man – NCBI kao tzv. javna urođena greška metabolizma, jer pogađa sve ljude. Postoji velika razlika između količina askorbinske kiseline koju drugi primati konzumiraju i onoga što se preporučuje kao "referentni unos" za ljude. U svom očigledno patološkom obliku, učinci nedostatka askorbata se očituju kao skorbut.
Posljedice gubitka Vjerovatno je došlo do nekog nivoa adaptacija, nakon gubitka GULO gena kod primata. Eritrocitni Glut1 i povezani unos dehidroaskorbinske kiseline moduliran somastatinskim prekidačem jedinstvene su osobine ljudi i nekoliko drugih sisara, koji su izgubili sposobnost sinteze askorbinske kiseline iz glukoze. Budući da su GLUT-transporteri i stomatin sveprisutno raspoređeni u različitim tipovima i tkivima ljudskih ćelija, može se pretpostaviti da se slične interakcije događaju u ljudskim ćelijama osim u eritrocitima.
Pauling primijetio je da su nakon gubitka endogene proizvodnje askorbata, apo (a) i Lp (a) bili u velikoj mjeri evolucijski favorizirani, djelujući kao surogat askorbata, s obzirom da je velika učestalost pojavljivanja povišenih nivoa Lp (a) u plazmi vrsta koje su izgubile sposobnost sinteze askorbata. Također, samo red Primates dijeli regulaciju ekspresije CAMP-gena vitamina D, što se javlja nakon gubitka gena GULO.
Johnson et al. pretpostavili su da je mutacija GULOP-a (pseudogena koji proizvodi L-gulonolakton oksidazu), tako da je prestao proizvoditi GULO, mogla biti od koristi ranim primatima, povećanjem nivoa mokraćne kiseline i povećanjem efekata fruktoze na težinu dobitka i nakupljanja masti. Zbog nedostatka zaliha hrane, to je mutantima dalo prednost preživljavanja.
Životinjski modeli Studije ljudskih bolesti imale su koristi od dostupnosti malih laboratorijskih životinjskih modela. Međutim, tkiva životinjskih modela s GULO genom općenito imaju visoku razinu askorbinske kiseline, pa su često na njih samo mali uticaji egzogenog vitamina C. Ovo je veliki nedostatak za studije koje uključuju endogene redoks sisteme primata i drugih životinja kojima nedostaje taj gen.
Zamorci su popularan ljudski model. Izgubili su sposobnost sinteze L-gulono-gama-laktonske oksidaze, prije 20 miliona godina.
U 1999, Maeda et al. genetički su modificirali miševe s inaktiviranim GULO genom. Mutirani miševi, poput ljudi, u potpunosti ovise o vitaminu C u prehrani i pokazuju promjene koje ukazuju da je integritet njihove vaskulature ugrožen. GULO-/- mice were used as a human model in multiple subsequent studies.
Bilo je uspješnih pokušaja aktiviranja izgubljene enzimske funkcije kod različitih životinjskih vrsta. Također su identificirani i razni GULO-mutanti.
Biljni modeli Kod biljaka je važan vitamin C u reguliranju morfologije cijele biljke, ćelijske strukture i razvoja biljaka, što je jasno utvrđeno karakterizacijom mutanata sa niskim sadržajem vitamina C iz Arabidopsis thaliana, krompira, duhana, paradajza i riže. Povećava sadržaj vitamina C prekomjernom ekspresijom inozitol-oksigenaza i gulono-1,4-lakton oksidaze u A. thaliana dovodi do poboljšane biomase i tolerancije na abiotski stres.
Alternativni supstrati i srodni enzimi GULO pripada porodici šećer-1,4-lakton-oksidaza, koja također sadrži enzim kvasca D-arabinono-1,4-lakton oksidaza (ALO). ALO proizvodi eritorbinsku kiselinu sa svojom kanonskom podlogom. Ova porodica je zauzvrat potfamilija sa više šećera-1,4-lakton oksidaza, koja također uključuje bakterijsku L-gulono-1,4-lakton dehidrogenazu i biljnu galaktonolakton-dehidrogenazu. Sve ove aldonolakton-oksidoreduktaze imaju ulogu u nekom obliku sinteze vitamina C, a neke (uključujući GULO i ALO) prihvataju podloge drugih članova.
Također pogledajte Askorbinska kiselina/Vitamin C Oksidoreduktaza
Reference
Dopunska literatura
Kategorija:EC 1.1.3 Kategorija:Pseudogeni Kategorija:Geni na hromosomu 8 Kategorija:Ljudski proteini Kategorija:Proteomika