WikiDer > Ацил-КоА дегидрогеназа

Acyl-CoA dehydrogenase

Ацил-КоА дегидрогеназы (ACAD) являются классом ферменты эта функция катализирует начальную стадию каждого цикла жирных кислот β-окисление в митохондрии из клетки. Их действие приводит к введению транс двойная связь между C2 (α) и C3 (β) ацил-CoA тиоэфир субстрат[1] Флавин аденин динуклеотид (FAD) является необходимым кофактором в дополнение к наличию активного сайта глутамат для того, чтобы фермент функционировал.

Следующая реакция - это окисление из жирная кислота посредством FAD с получением тиоэфира α, β-ненасыщенной жирной кислоты Коэнзим А:

Beta-Oxidation1.svg

ACAD можно разделить на три отдельные группы в зависимости от их специфичности для коротко-, средне- или длинноцепочечных. жирная кислота ацил-КоА субстраты. В то время как различные дегидрогеназы нацелены жирные кислоты с различной длиной цепи, все типы ACAD механически подобны. Различия в ферменте зависят от расположения активного центра вдоль аминокислота последовательность.[2]

ACAD - важный класс ферменты в млекопитающее клетки из-за их роли в метаболизме жирные кислоты присутствует в проглоченных пищевых продуктах. Этот фермент действие представляет собой первый шаг в жирная кислота метаболизм (процесс расщепления длинных цепей жирных кислот на молекулы ацетил-КоА). Недостатки в этих ферменты связаны с генетический расстройства, связанные с жирная кислота окисление (т.е. метаболические нарушения).[3]

Ферменты ACAD были идентифицированы у животных (из которых существует 9 основных классов эукариот), а также у растений,[4] нематоды,[5] грибы,[6] и бактерии.[7] Пять из этих девяти классов участвуют в β-окислении жирных кислот (SCAD, MCAD, LCAD, VLCAD и VLCAD2), а остальные четыре участвуют в метаболизме аминокислот с разветвленной цепью (i3VD, i2VD, GD и iBD). Большинство ацил-КоА дегидрогеназ являются α4 гомотетрамеры, и в двух случаях (для субстратов жирных кислот с очень длинной цепью) они являются α2 гомодимеры. Был обнаружен дополнительный класс ацил-КоА-дегидрогеназы, которая катализирует реакции α, β-ненасыщенности с тиоэфирами стероид-КоА у некоторых типов бактерий.[8][9] Было показано, что этот класс ACAD формирует α2β2 гетеротетрамеры, а не обычные α4 гомотетрамер, белковая архитектура, которая эволюционировала, чтобы приспособиться к гораздо более крупному субстрату стероид-КоА.[10][11]

ACAD классифицируются как EC 1.3.99.3.

Структура

Структура среднецепочечного тетрамера ацил-КоА-дегидрогеназы. Молекулы FAD показаны желтым. Код PDB: 1egc.

Ацил-КоА-дегидрогеназа со средней длиной цепи (MCAD) является наиболее известной структурой из всех ACAD и наиболее часто дефицитной. фермент внутри класса, что приводит к нарушению обмена веществ у животных.[1] Этот белок представляет собой гомотетрамер, каждая субъединица которого содержит примерно 400 аминокислоты и один эквивалент FAD на мономер. Тетрамер классифицируется как «димер димеров» с общим диаметром примерно 90 Å.[2]

Интерфейс между двумя мономерами одного димера ACAD содержит FAD участок связывания и имеет обширные связывающие взаимодействия. Напротив, поверхность раздела между двумя димерами имеет меньше взаимодействий. В тетрамере имеется всего 4 активных центра, каждый из которых содержит одну молекулу FAD и ацил-КоА сайт связывания субстрата. Это дает в общей сложности четыре молекулы FAD и четыре ацил-КоА сайты связывания субстрата на фермент.

FAD связан между тремя доменами мономера, из которых доступна только нуклеотидная часть. Привязка FAD вносит значительный вклад в общую фермент стабильность. В ацил-КоА субстрат полностью связан с каждым мономером фермент. Активный сайт выстлан остатками F252, T255, V259, T96, T99, A100, L103, Y375, Y375 и E376. Интересующая область внутри субстрата оказывается зажатой между Glu 376 и FAD, выстраивая молекулы в идеальное положение для реакции.[1]

MCAD может связываться с довольно широким диапазоном длин цепей в ацил-КоА субстрат, однако исследования показывают, что его специфичность имеет тенденцию октаноил-КоА (C8-CoA).[12]

Новая ферментная архитектура ACAD у некоторых видов стероид-утилизирующих бактерий (Актинобактерии и Протеобактерии) был обнаружен и участвует в утилизации повсеместно распространенных стероидных субстратов, таких как холестерин, патогенными организмами, такими как Микобактерии туберкулеза. Генетически структура кодируется двумя отдельными генами (открытые рамки для чтения), образующие облигатный α2β2 гетеротетрамический комплекс. Структура, скорее всего, была результатом эволюционного события, которое вызвало дупликация гена и частичная потеря функции, поскольку половина остатков связывания кофактора FAD находится в каждом гене и образуют полный сайт связывания только при совместной экспрессии в виде комплекса. Это, вероятно, позволило сайту связывания субстрата значительно раскрыться для размещения гораздо более крупных субстратов полициклического КоА, а не жирных кислот с различной длиной цепи.

Механизм

Общий механизм ацил-КоА дегидрогеназы.

Механизм ацил-CoA дегидрогеназы протекает через отщепление E2. Это устранение инициируется глутамат остаток, который, хотя и необходим для механизма, не сохраняется.[1]

Остаток появляется в самых разных местах в разных типах фермент (это Glu 376 в MCAD). В глутамат остаток депротонирует про-R водород альфы углерод. Водород связывание карбонильного кислорода субстрата с 2’-OH рибитильной боковой цепи FAD и к основной цепи N-H ранее упомянутых глутамат остаток снижает pKa этого протон, позволяя легко удалить его глутамат.[1]

Крупным планом - активный центр ацил-КоА-дегидрогеназы со средней длиной цепи. FAD связан. Субстрат будет связываться в пространстве между Glu-376 и FAD, когда начинается окисление жирных кислот. Код PDB: 3mdd.

Как альфа углерод депротонируется, про-R водород бета углерод уходит в виде гидрида в FAD согласованно. Он добавляет к Re face FAD в позиции N-5, и фермент удерживает FAD на месте через водород связь с пиримидин часть и гидрофобный взаимодействия с диметилбензольной частью. В субстрат теперь преобразован в α, β ненасыщенный тиоэфир.[1]

Когда FAD захватывает гидрид, карбонильный кислород, прилегающий к N-1 азот становится отрицательно заряженным. Эти электроны находятся в резонансе с N-1 азот, распределяя и стабилизируя полученный отрицательный заряд. Заряд также стабилизируется водородной связью между кислород и азот представляющих интерес и различных остатков в фермент.[1]

Клиническое значение

Дефицит ацил-КоА дегидрогеназ приводит к снижению способности к окислению. жирные кислоты, что означает метаболическую дисфункцию. Дефицит ацил-КоА-дегидрогеназы со средней длиной цепи (MCADD) хорошо известны и охарактеризованы, поскольку чаще всего встречаются среди ацил-КоА дегидрогеназ, что приводит к жирная кислота окисление расстройства и потенциал опасных для жизни метаболических болезни. Некоторые симптомы дефицита ацил-КоА-дегидрогеназы со средней длиной цепи включают непереносимость голодание, гипогликемия, и синдром внезапной детской смерти. Считается, что эти симптомы напрямую связаны с неспособностью метаболизировать жиры. Нетерпимость к голодание и гипогликемия результат из-за невозможности получить энергия и сделать сахар из толстый магазины, в которых хранится большая часть избыточной энергии человека. Также, жирные кислоты может начать накапливаться в кровь, понижая кровь pH и вызывая ацидоз.[1]

MCAD связан / имеет связь с Внезапная смерть младенца. Примерно 90% случаев MCAD связаны с одной точкой мутация где Лизин в позиции 304 (Lys304) заменяется на Глутамат остаток, и это предотвращает фермент от правильного функционирования.[1] Сообщается, что каждый год 1 из 20 000 младенцы родился с недостаток в его / ее ацил-КоА дегидрогеназах со средней длиной цепи, что вызвано мутация. В мутация является рецессивный, и часто родители из дети люди, страдающие этим дефицитом, впоследствии могут быть диагностированы как носители.[3]

В люди наиболее часто встречающиеся в природе мутация в MCAD находится по адресу аминокислота остаток Lys-304.[1] Измененный остаток возникает в результате одноточечного мутация в которой лизин боковая цепь заменена на глутамат. Lys-304 обычно взаимодействует с окружающими аминокислота остатки путем образования водородные связи с Gln-342, Asp-300 и Asp-346. Когда мутация причины глутамат занять место лизинв этом месте вводится дополнительный отрицательный заряд, который нарушает обычно возникающую водородную связь. Такое нарушение меняет схему складывания фермент, в конечном итоге ставя под угрозу его стабильность и подавляя его функцию в жирная кислота окисление.[12] Эффективность мутировавшего белок примерно в 10 раз ниже, чем у натурального белок.[13] Это может привести к появлению перечисленных выше симптомов дефицита.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j Thorpe, C .; Ким, Дж. Дж. (Июнь 1995 г.). «Структура и механизм действия ацил-КоА дегидрогеназ». FASEB J. 9 (9): 718–25. Дои:10.1096 / fasebj.9.9.7601336. PMID 7601336.
  2. ^ а б Ким Дж. Дж., Ван М., Пашке Р. (август 1993 г.). «Кристаллические структуры среднецепочечной ацил-КоА дегидрогеназы из митохондрий печени свиньи с субстратом и без него». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 90 (16): 7523–7. Дои:10.1073 / пнас.90.16.7523. ЧВК 47174. PMID 8356049.
  3. ^ а б Touma EH, Charpentier C (январь 1992 г.). «Дефицит ацил-КоА-дегидрогеназы со средней длиной цепи». Arch. Dis. Ребенок. 67 (1): 142–5. Дои:10.1136 / adc.67.1.142. ЧВК 1793557. PMID 1739332.
  4. ^ Bode, K .; Крючки, M.A .; Couee, I. (1999). «Идентификация, разделение и характеристика дегидрогеназ ацил-кофермента А, участвующих в β-окислении митохондрий у высших растений». Физиология растений. 119 (4): 1305–1314. Дои:10.1104 / стр.119.4.1305. ЧВК 32015. PMID 10198089.
  5. ^ Komuniecki, R .; Fekete, S .; Тиссен-Парра, Дж. (1985). «Очистка и характеристика 2-метиловой разветвленной ацил-КоА дегидрогеназы, фермента, участвующего в НАДН-зависимом восстановлении еноил-КоА в анаэробных митохондриях нематоды Ascaris suum». J Biol Chem. 260 (8): 4770–4777. PMID 3988734.
  6. ^ Кионка, Ц .; Кунау, W.H. (1985). «Индуцируемый путь β-окисления в Neurospora crassa». J Бактериол. 161: 153–157.
  7. ^ Кэмпбелл, JW .; Кронан, Дж. Э. младший (2002). «Загадочный ген fadE Escherichia coli - yafH». J. Bacteriol. 184 (13): 3759–64. CiteSeerX 10.1.1.333.9931. Дои:10.1128 / JB.184.13.3759-3764.2002. ЧВК 135136. PMID 12057976.
  8. ^ Thomas, S.T .; Сампсон, Н. (2013). «Mycobacterium tuberculosis использует уникальную гетеротетрамерную структуру для дегидрирования боковой цепи холестерина». Биохимия. 52 (17): 2895–2904. Дои:10.1021 / bi4002979. ЧВК 3726044. PMID 23560677.
  9. ^ Wipperman, M.F .; Ян, М .; Thomas, S.T .; Сампсон, Н. (2013). "Уменьшение протеома FadE Микобактерии туберкулеза: Понимание метаболизма холестерина посредством определения α2β2 Семейство гетеротетрамерной ацилкофермента А дегидрогеназы ». J. Bacteriol. 195 (19): 4331–4341. Дои:10.1128 / JB.00502-13. ЧВК 3807453. PMID 23836861.
  10. ^ Воскуил, М. (2013). «Для катаболизма холестерина Mycobacterium tuberculosis требуется новый класс ацилкоферментной дегидрогеназы». J. Bacteriol. 195 (19): 4319–4321. Дои:10.1128 / JB.00867-13. ЧВК 3807469. PMID 23893117.
  11. ^ Wipperman, Matthew, F .; Thomas, Suzanne, T .; Сэмпсон, Николь, С. (2014). «Возбудитель гнева: использование холестерина Mycobacterium tuberculosis». Крит. Rev. Biochem. Мол. Биол. 49 (4): 269–93. Дои:10.3109/10409238.2014.895700. ЧВК 4255906. PMID 24611808.
  12. ^ а б Kieweg V, Kräutle FG, Nandy A, et al. (Июнь 1997 г.). «Биохимическая характеристика очищенной рекомбинантной человеческой Lys304 → Glu среднецепочечной ацил-CoA дегидрогеназы, содержащей общую вызывающую заболевание мутацию, и сравнение с нормальным ферментом» (PDF). Евро. J. Biochem. 246 (2): 548–56. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1997.00548.x. PMID 9208949.
  13. ^ Nasser I, Mohsen AW, Jelesarov I., Vockley J, Macheroux P, Ghisla S (сентябрь 2004 г.). «Термическое разворачивание среднецепочечной ацил-КоА дегидрогеназы и изо (3) валерил-КоА дегидрогеназы: изучение влияния генетических дефектов на стабильность ферментов». Биохим. Биофиз. Acta. 1690 (1): 22–32. Дои:10.1016 / j.bbadis.2004.04.008. PMID 15337167.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка