Interfacial Enzyme Kinetics at the Phospholipid/ Water Interface: Practical Considerations

心磷脂 化学 酶动力学 生物化学 过氧化物酶 活动站点 GPX4 磷脂 野生型 脂质体 突变体 酶分析 生物物理学 谷胱甘肽过氧化物酶 谷胱甘肽 生物 基因
作者
Raymond A. Deems
出处
期刊:Analytical Biochemistry [Elsevier]
卷期号:287 (1): 1-16 被引量:49
标识
DOI:10.1006/abio.2000.4766
摘要

The aim of this study was to examine, in biochemical detail, the functional role of the Arg152 residue in the selenoprotein Glutathione Peroxidase 4 (GPX4), whose mutation to His is involved in Sedaghatian-type Spondylometaphyseal Dysplasia (SSMD). Wild-type and mutated recombinant enzymes with selenopcysteine (Sec) at the active site, were purified and structurally characterized to investigate the impact of the R152H mutation on enzymatic function. The mutation did not affect the peroxidase reaction's catalytic mechanism, and the kinetic parameters were qualitatively similar between the wild-type enzyme and the mutant when mixed micelles and monolamellar liposomes containing phosphatidylcholine and its hydroperoxide derivatives were used as substrate. However, in monolamellar liposomes also containing cardiolipin, which binds to a cationic area near the active site of GPX4, including residue R152, the wild-type enzyme showed a non-canonical dependency of the reaction rate on the concentration of both enzyme and membrane cardiolipin. To explain this oddity, a minimal model was developed encompassing the kinetics of both the enzyme interaction with the membrane and the catalytic peroxidase reaction. Computational fitting of experimental activity recordings showed that the wild-type enzyme was surface-sensing and prone to “positive feedback” in the presence of cardiolipin, indicating a positive cooperativity. This feature was minimal, if any, in the mutant. These findings suggest that GPX4 physiology in cardiolipin containing mitochondria is unique, and emerges as a likely target of the pathological dysfunction in SSMD.
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