WikiDer > Сукцинилкофермент синтетаза

Succinyl coenzyme A synthetase
Сукцинат — КоА-лигаза (формирующая GDP)
2fp4.png
ГТФ-специфическая сукцинил-КоА синтетаза свиньи с ГТФ. PDB 2fp4[1]
Идентификаторы
Номер ЕС6.2.1.4
Количество CAS9014-36-2
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Сукцинат-КоА-лигаза (АДФ-образующая)
2scu.png
Сукцинил-COA синтетаза из кишечная палочка. PDB 2scu[2]
Идентификаторы
Номер ЕС6.2.1.5
Количество CAS9080-33-5
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Сукцинилкофермент синтетаза (SCS, также известный как сукцинил-КоА синтетаза или же сукцинаттиокиназа или же сукцинат-КоА лигаза) - фермент, который катализирует обратимая реакция сукцинил-КоА к сукцинат.[3] Фермент способствует сочетанию этой реакции с образованием нуклеозидтрифосфат молекула (либо GTP или же АТФ) из неорганический фосфат молекула и молекула нуклеозиддифосфата (либо ВВП или же ADP). Он играет ключевую роль в качестве одного из катализаторов, участвующих в цикл лимонной кислоты, центральный путь в клеточный метаболизм, и он находится внутри митохондриальный матрикс ячейки.[4]

Химическая реакция и механизм фермента

Сукцинил-КоА-синтетаза катализирует следующие обратимая реакция:

Сукцинил-КоА + Pi + NDP ↔ сукцинат + CoA + NTP

где Pi обозначает неорганический фосфат, NDP обозначает нуклеозиддифосфат (GDP или ADP), а NTP обозначает нуклеозидтрифосфат (GTP или ATP). Как уже упоминалось, фермент способствует сочетанию превращения сукцинил-КоА в сукцинат с образованием NTP из NDP и Pi. Реакция имеет стандартное биохимическое состояние. свободная энергия изменение -3,4 кДж / моль.[4] Реакция протекает по трехступенчатой ​​схеме. механизм[3] который изображен на изображении ниже. Первый шаг предполагает вытеснение CoA из сукцинил-КоА нуклеофильный молекула неорганического фосфата с образованием сукцинилфосфата. Затем фермент использует гистидин остаток для удаления фосфатной группы из сукцинилфосфата и образования сукцината. Наконец, фосфорилированный гистидин переносит фосфатную группу на нуклеозиддифосфат, который генерирует высокоэнергетический нуклеозидтрифосфат.

Механизм реакции, катализируемой сукцинил-КоА синтетазой.

Структура

Подразделения

SCS бактерий и млекопитающих состоят из α и β подразделения.[5] В Кишечная палочка два αβ гетеродимеры соединяются вместе, чтобы сформировать α2β2 гетеротетрамерный структура. Однако митохондриальные SCS млекопитающих активны как димеры αβ и не образуют гетеротетрамер.[6] В Кишечная палочка Гетеротетрамер SCS был кристаллизованный и охарактеризован очень подробно.[6][7] Как видно на изображении 2, две субъединицы α (розовая и зеленая) находятся на противоположных сторонах структуры, а две субъединицы β (желтая и синяя) взаимодействуют в средней области белка. Две α-субъединицы взаимодействуют только с одной β-единицей, тогда как β-единицы взаимодействуют с одной α-единицей (с образованием димера αβ) и β-субъединицей другого αβ-димера.[6] Короткая аминокислотная цепь связывает две субъединицы β, что дает тетрамерную структуру.

Изображение 2: В Кишечная палочка Гетеротетрамер сукцинил-КоА-синтетазы; субъединицы α: розовый и зеленый, субъединицы β: желтый и синий. Розовый и желтый образуют один димер, а зеленый и синий - другой димер. Идентификатор PDB: 1CQG

В Кристальная структура альфа-субъединицы сукцинил-КоА-синтетазы (сукцинил-КоА-связывающая изоформа) определяли Joyce et al. с разрешением 2,10 А, с PDB код 1CQJ. [1].[8]

Каталитические остатки

Кристаллические структуры для Кишечная палочка SCS доказывают, что кофермент А связывает внутри каждой α-субъединицы (в пределах Россманн фолд) в непосредственной близости от остатка гистидина (His246α).[7] Этот остаток гистидина фосфорилируется на стадии образования сукцината в механизме реакции. Точное место связывания сукцината точно не определено.[9] Образование нуклеозидтрифосфата происходит в захватном домене АТФ, который расположен рядом с N-конец каждой β-субъединицы. Однако этот домен захвата расположен примерно в 35 Å от остатка фосфорилированного гистидина.[8] Это заставляет исследователей полагать, что фермент должен претерпевать серьезные изменения в конформация чтобы доставить гистидин к домену захвата и облегчить образование нуклеозидтрифосфата. Мутагенез эксперименты показали, что два глутамат остатки (один рядом с каталитическим гистидином, Glu208α и один рядом с захватным доменом АТФ, Glu197β) играют роль в фосфорилировании и дефосфорилировании гистидина, но точный механизм, с помощью которого фермент изменяет конформацию, полностью не изучен.[9]

Изоформы

Джонсон и др. описать две изоформы сукцинил-КоА синтетазы в млекопитающие, который определяет синтез ADP, и тот, который синтезирует ВВП.[10]

У млекопитающих фермент представляет собой гетеродимер α- и β-субъединицы. Специфика любого аденозин или же гуанозин фосфаты определяется β-субъединицей,[10] который кодируется 2 генами. SUCLG2 является GTP-специфичным, а SUCLA2 является ATP-специфичным, в то время как SUCLG1 кодирует общую α-субъединицу. β варианты продуцируются в разных количествах в разных тканях,[10] вызывая GTP или же АТФ Требования к субстрату.

В большинстве потребляющих тканей, таких как сердце и мозг, больше АТФ-специфической сукцинил-КоА-синтетазы (ATPSCS), в то время как синтетические ткани, такие как почки и печень, имеют более GTP-специфическую форму (GTPSCS).[11] Анализ кинетики ATPSCS из грудной мышцы голубей и GTPSCS из печени голубя показал, что их очевидная Константы Михаэлиса были подобны для КоА, но различались для нуклеотидов, фосфата и сукцината. Наибольшая разница была для сукцината: Kмприложение ATPSCS = 5 мМ по сравнению с GTPSCS = 0,5 мМ.[10]

Функция

Образование нуклеозидтрифосфатов

SCS - единственный фермент в цикле лимонной кислоты, который катализирует реакцию, в которой нуклеозидтрифосфат (GTP или ATP) образуется посредством фосфорилирование на уровне субстрата.[4] Исследования показали, что Кишечная палочка SCS могут катализировать образование либо GTP, либо ATP.[7] Однако млекопитающие обладают различными типами SCS, которые специфичны либо для GTP (G-SCS), либо для ATP (A-SCS) и являются нативными для различных типов тканей в организме. Интересное исследование с использованием голубь клетки показали, что GTP-специфические SCS были расположены в клетках печени голубя, а ATP-специфические SCS были локализованы в клетках грудных мышц голубя.[12] Дальнейшие исследования выявили аналогичный феномен ГТФ и АТФ-специфичных SCS в тканях крысы, мыши и человека. Похоже, что ткань обычно участвует в анаболический метаболизм (как печень и почки) экспрессируют G-SCS, тогда как ткани, участвующие в катаболический метаболизм (как мозг, сердце и мышечные ткани) экспрессируют A-SCS.[11]

Образование промежуточных продуктов метаболизма

SCS способствует поток молекул в другие метаболические пути контролируя взаимное превращение сукцинил-КоА и сукцината.[13] Это важно, потому что сукцинил-КоА является промежуточным продуктом, необходимым для порфирин, гем,[14] и кетоновое тело биосинтез.[15]

Регулирование и торможение

У некоторых бактерий фермент регулируемый на уровне транскрипции.[16] Было продемонстрировано, что ген SCS (suCD) является записано вместе с геном α-кетоглутаратдегидрогеназа (SucAB) под контролем промоутер называется sdhC, который является частью сукцинатдегидрогеназа оперон. Этот оперон активируется присутствием кислорода и реагирует на различные источники углерода. Антибактериальные препараты которые предотвращают фосфорилирование гистидина, как и молекула LY26650, являются мощными ингибиторы бактериальных СКС.[17]

Оптимальная активность

Измерения (выполненные с использованием SCS соевых бобов) показывают оптимальную температуру 37 ° C и оптимальный pH 7,0-8,0.[18]

Роль в болезни

Смертельный детский лактоацидоз: Неисправный SCS был вовлечен как причина фатальный детский лактоацидоз, это заболевание у младенцев, которое характеризуется повышением токсического уровня молочной кислоты. Состояние (когда оно наиболее тяжелое) обычно приводит к смерти в течение 2–4 дней после рождения.[19] Было установлено, что пациенты с этим заболеванием демонстрируют два базовая пара удаление внутри гена, известного как SUCLG1 который кодирует α-субъединицу SCS.[19] В результате функциональный SCS отсутствует в метаболизме, вызывая серьезный дисбаланс в потоке между гликолиз и цикл лимонной кислоты. Поскольку у клеток нет функционального цикла лимонной кислоты, возникает ацидоз, потому что клетки вынуждены выбирать производство молочной кислоты как основное средство производства АТФ.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Фрейзер М.Э., Хаякава К., Хьюм М.С., Райан Д.Г., Брауни ER (апрель 2006 г.). «Взаимодействие GTP с АТФ-захватным доменом GTP-специфической сукцинил-КоА синтетазы». Журнал биологической химии. 281 (16): 11058–65. Дои:10.1074 / jbc.M511785200. PMID 16481318.
  2. ^ Фрейзер М.Э., Джеймс М.Н., Бриджер В.А., Володко В.Т. (январь 1999 г.). «Подробное структурное описание сукцинил-КоА синтетазы Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии. 285 (4): 1633–53. Дои:10.1006 / jmbi.1998.2324. PMID 9917402.
  3. ^ а б Воет, Дональд Дж. (2011). Биохимия / Дональд Дж. Воет; Джудит Г. Воет. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Уайли, Дж. ISBN 978-0-470-57095-1.
  4. ^ а б c Берг, Джереми М. (Jeremy M.); Тимочко, Джон Л .; Страйер, Люберт .; Страйер, Люберт. Биохимия. (2002). Биохимик. Нью-Йорк: W.H. Фримен. стр.475–477. ISBN 0-7167-3051-0.
  5. ^ Нисимура Дж. С. (1986). «Отношения структура-функция сукцинил-КоА синтетазы и другие соображения». Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. 58. С. 141–72. Дои:10.1002 / 9780470123041.ch4. ISBN 9780470123041. PMID 3521216.
  6. ^ а б c Володко В.Т., Кей С.М., Бриджер В.А. (сентябрь 1986 г.). «Активное осаждение ферментов, скорость оседания и исследования равновесия седиментации сукцинил-КоА-синтетаз свиного сердца и Escherichia coli». Биохимия. 25 (19): 5420–5. Дои:10.1021 / bi00367a012. PMID 3535876.
  7. ^ а б c Фрейзер М.Э., Джеймс М.Н., Бриджер В.А., Володко Дж. (Май 1999 г.). «Подробное структурное описание сукцинли-КоА синтетазы Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии. 288 (3): 501. Дои:10.1006 / jmbi.1999.2773. PMID 10329157.
  8. ^ а б Джойс М.А., Фрейзер М.Э., Джеймс М.Н., Бриджер В.А., Володко В.Т. (январь 2000 г.). «АДФ-связывающий сайт сукцинил-КоА синтетазы Escherichia coli, выявленный с помощью рентгеновской кристаллографии». Биохимия. 39 (1): 17–25. Дои:10.1021 / bi991696f. PMID 10625475.
  9. ^ а б Фрейзер М.Э., Джойс М.А., Райан Д.Г., Володко В.Т. (январь 2002 г.). «Два глутаматных остатка, Glu 208 альфа и Glu 197 бета, имеют решающее значение для фосфорилирования и дефосфорилирования остатка гистидина в активном центре сукцинил-КоА синтетазы». Биохимия. 41 (2): 537–46. Дои:10.1021 / bi011518y. PMID 11781092.
  10. ^ а б c d Джонсон Дж. Д., Мехус Дж. Г., Тьюс К., Милавец Б. И., Ламбет Д. О. (октябрь 1998 г.). «Генетические доказательства экспрессии АТФ- и ГТФ-специфичных сукцинил-КоА синтетаз в многоклеточных эукариотах». Журнал биологической химии. 273 (42): 27580–6. Дои:10.1074 / jbc.273.42.27580. PMID 9765291.
  11. ^ а б Lambeth DO, Tews KN, Adkins S, Frohlich D, Milavetz BI (август 2004 г.). «Экспрессия двух сукцинил-КоА синтетаз с различной нуклеотидной специфичностью в тканях млекопитающих». Журнал биологической химии. 279 (35): 36621–4. Дои:10.1074 / jbc.M406884200. PMID 15234968.
  12. ^ Джонсон Дж. Д., Мухонен В. В., Ламбет Д. О. (октябрь 1998 г.). «Характеристика АТФ- и ГТФ-специфических сукцинил-КоА синтетаз у голубей. Ферменты включают одну и ту же альфа-субъединицу». Журнал биологической химии. 273 (42): 27573–9. Дои:10.1074 / jbc.273.42.27573. PMID 9765290.
  13. ^ Лаббе Р.Ф., Курумада Т., Онисава Дж. (Декабрь 1965 г.). «Роль сукцинил-КоА синтетазы в контроле биосинтеза гема». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие предметы. 111 (2): 403–15. Дои:10.1016/0304-4165(65)90050-4. PMID 5879477.
  14. ^ Оттавей Дж. Х., Макклеллан Дж. А., Сондерсон К. Л. (1981). «Янтарная тиокиназа и метаболический контроль». Международный журнал биохимии. 13 (4): 401–10. Дои:10.1016 / 0020-711x (81) 90111-7. PMID 6263728.
  15. ^ Jenkins TM, Weitzman PD (сентябрь 1986 г.). «Определенные физиологические роли сукцинаттиокиназ животных. Ассоциация гуаниннуклеотид-связанных сукцинаттиокиназы с использованием кетоновых тел». Письма FEBS. 205 (2): 215–8. Дои:10.1016/0014-5793(86)80900-0. PMID 2943604. S2CID 23667115.
  16. ^ Круспл В., Штрейтманн Б. (февраль 1975 г.). «[Узловатый ретикулез с келоидным образованием]». Zeitschrift für Hautkrankheiten. 50 (3): 117–25. PMID 179232.
  17. ^ Hunger-Glaser I, Brun R, Linder M, Seebeck T (май 1999). «Ингибирование гистидин-фосфорилирования сукцинил-КоА синтетазы в Trypanosoma brucei ингибитором бактериальных двухкомпонентных систем». Молекулярная и биохимическая паразитология. 100 (1): 53–9. Дои:10.1016 / s0166-6851 (99) 00032-8. PMID 10376993.
  18. ^ Wider de Xifra E, del C Batlle AM ​​(март 1978 г.). «Биосинтез порфирина: иммобилизованные ферменты и лиганды. VI. Исследования сукцинил-КоА-синтетазы из культивируемых клеток сои». Biochimica et Biophysica Acta. 523 (1): 245–9. Дои:10.1016 / 0005-2744 (78) 90027-х. PMID 564714.
  19. ^ а б Остергаард Э., Кристенсен Э., Кристенсен Э., Могенсен Б., Дуно М., Шубридж Э. А., Вибранд Ф. (август 2007 г.). «Дефицит альфа-субъединицы сукцинат-коферментной лигазы вызывает смертельный детский лактоацидоз с истощением митохондриальной ДНК». Американский журнал генетики человека. 81 (2): 383–7. Дои:10.1086/519222. ЧВК 1950792. PMID 17668387.

внешняя ссылка