Acyl-CoA dehydrogenáza - Acyl-CoA dehydrogenase

Acyl-CoA dehydrogenázy (ACAD) jsou třídou enzymy které katalyzují počáteční krok v každém cyklu mastných kyselin β-oxidace v mitochondrie z buňky. Výsledkem jejich činnosti je zavedení a trans dvojná vazba mezi C2 (a) a C3 (β) acyl-CoA thioester Podklad[1] Flavin adenin dinukleotid (FAD) je kromě přítomnosti aktivního místa požadovaným kofaktorem glutamát aby fungoval enzym.

Následující reakce je oxidace z mastné kyseliny pomocí FAD za vzniku thioesteru α, p-nenasycených mastných kyselin Koenzym A:

Beta-oxidace1.svg

ACAD lze rozdělit do tří odlišných skupin na základě jejich specifičnosti pro krátký, střední nebo dlouhý řetězec mastné kyseliny acyl-CoA substráty. Zatímco různé dehydrogenázy cílí mastné kyseliny různé délky řetězu jsou všechny typy ACAD mechanicky podobné. Rozdíly v enzymu se vyskytují na základě umístění aktivního místa podél aminokyselina sekvence.[2]

ACAD jsou důležitou třídou enzymy v savčí buňky kvůli jejich roli v metabolismu mastné kyseliny přítomné v požitých potravinách. Tento enzymy akce představuje první krok mastné kyseliny metabolismus (proces štěpení dlouhých řetězců mastných kyselin na molekuly acetyl CoA). Nedostatky v nich enzymy jsou spojeny s genetický poruchy zahrnující mastné kyseliny oxidace (tj. metabolické poruchy).[3]

Enzymy ACAD byly identifikovány u zvířat (z nichž je 9 hlavních eukaryotických tříd), stejně jako rostlin,[4] hlístice,[5] houby,[6] a bakterie.[7] Pět z těchto devíti tříd se účastní beta-oxidace mastných kyselin (SCAD, MCAD, LCAD, VLCAD a VLCAD2) a další čtyři se účastní metabolismu aminokyselin s rozvětveným řetězcem (i3VD, i2VD, GD a iBD). Většina acyl-CoA dehydrogenáz je α4 homotetramery a ve dvou případech (pro substráty mastných kyselin s velmi dlouhým řetězcem) jsou to α2 homodimery. Byla objevena další třída acyl-CoA dehydrogenázy, která katalyzuje α, β-nenasycené reakce s steroid-CoA thioestery u určitých typů bakterií.[8][9] Ukázalo se, že tato třída ACAD tvoří α2β2 heterotetramery, spíše než obvyklé α4 homotetramer, proteinová architektura, která se vyvinula, aby pojala mnohem větší substrát steroidů-CoA.[10][11]

ACAD jsou klasifikovány jako ES 1.3.99.3.

Struktura

Struktura tetrameru acyl-CoA dehydrogenázy se středním řetězcem. Molekuly FAD jsou zobrazeny žlutě. Kód PDB: 1 egc.

Acyl-CoA dehydrogenáza se středním řetězcem (MCAD) je nejznámější strukturou všech ACAD a je nejčastěji deficitní enzym ve třídě, která vede k metabolickým poruchám u zvířat.[1] Tento protein je homotetramer, přičemž každá podjednotka obsahuje zhruba 400 aminokyseliny a jeden ekvivalent FAD na monomer. Tetramer je klasifikován jako „dimer dimerů“ s celkovým průměrem přibližně 90 A.[2]

Rozhraní mezi dvěma monomery jednoho dimeru ACAD obsahuje FAD vazebná místa a má rozsáhlé vazebné interakce. Naproti tomu rozhraní mezi dvěma dimery má méně interakcí. V tetrameru jsou celkem 4 aktivní místa, z nichž každé obsahuje jednu molekulu FAD a an acyl-CoA vazebné místo substrátu. To dává celkem čtyři molekuly FAD a čtyři acyl-CoA vazebná místa pro substrát na enzym.

FAD je navázán mezi tři domény monomeru, kde je přístupná pouze nukleotidová část. FAD vazba významně přispívá k celkovému enzym stabilita. The acyl-CoA substrát je zcela vázán v každém monomeru enzym. Aktivní místo je lemováno zbytky F252, T255, V259, T96, T99, A100, L103, Y375, Y375 a E376. Zájmová oblast v substrátu se vklínila mezi Glu 376 a FAD a uspořádala molekuly do ideální polohy pro reakci.[1]

MCAD se může vázat na poměrně širokou škálu délek řetězů v acyl-CoA studie však ukazují, že jeho specifičnost má tendenci se zaměřovat oktanoyl-CoA (C8-CoA).[12]

Nová architektura enzymů ACAD u některých druhů bakterií využívajících steroidy (Aktinobakterie a Proteobakterie ) byl objeven a podílí se na využití všudypřítomných steroidních substrátů, jako je cholesterol, patogenními organismy, jako je Mycobacterium tuberculosis. Geneticky je struktura kódována dvěma samostatnými geny (otevřené čtecí rámce ), které tvoří obligátní α2β2 heterotetramický komplex. Struktura byla s největší pravděpodobností výsledkem evoluční události, která způsobila genová duplikace a částečná ztráta funkce, protože polovina vazebných zbytků kofaktoru FAD je v každém genu, a tvoří úplné vazebné místo pouze tehdy, je-li exprimována společně jako komplex. To pravděpodobně umožnilo, aby se vazebné místo pro substrát značně otevřelo, aby pojalo mnohem větší polycyklické-CoA substráty než mastné kyseliny s různou délkou řetězce.

Mechanismus

Celkový mechanismus Acyl-CoA dehydrogenázy.

Mechanismus acyl-CoA dehydrogenázy probíhá eliminací E2. Tuto eliminaci iniciuje a glutamát zbytky, které, i když jsou pro mechanismus nezbytné, nejsou konzervovány.[1]

Zbytek se objevuje na široké škále míst v rámci různých typů enzym (v MCAD je to Glu 376). The glutamát zbytek deprotonuje pro-R vodík alfa uhlík. Vodík vazba karbonylového kyslíku substrátu na 2'-OH ribitylového postranního řetězce FAD a do hlavního řetězce N-H výše uvedeného glutamát zbytek z toho snižuje pKa proton, což umožňuje snadné odstranění pomocí glutamát.[1]

Detailní záběr na aktivní místo acyl-CoA dehydrogenázy se středním řetězcem. FAD je vázán. Při inicializaci oxidace mastných kyselin se substrát váže v prostoru mezi Glu-376 a FAD. Kód PDB: 3mdd.

Jako alfa uhlík je deprotonován, pro-R vodík beta verze uhlík odejde jako hydrid do FAD ve společném kroku. Přidává do tváře FAD v poloze N-5 a enzym drží FAD na místě vodík lepení s pyrimidin část a hydrofobní interakce s dimethylbenzenovou částí. The Podklad byl nyní transformován na α, β nenasycené thioester.[1]

Když FAD zachytí hydrid, karbonylový kyslík sousedící s N-1 dusík záporně nabitá. Tyto elektrony jsou v rezonanci s N-1 dusík, distribuce a stabilizace výsledného záporného náboje. Náboj je také stabilizován vodíkovou vazbou mezi kyslík a dusík zájmu a různých zbytků v rámci enzym.[1]

Klinický význam

Nedostatky acyl-CoA dehydrogenáz vedou ke snížení schopnosti oxidace mastné kyseliny, což znamená metabolickou dysfunkci. Nedostatky acyl-CoA dehydrogenázy se středním řetězcem (MCADD ) jsou dobře známé a charakterizované, protože se nejčastěji vyskytují u acyl-CoA dehydrogenáz, což vede k mastné kyseliny oxidace poruchy a potenciál život ohrožujících metabolických poruch nemoci. Některé příznaky nedostatku acyl-CoA dehydrogenázy se středním řetězcem zahrnují intoleranci půst, hypoglykémie, a Syndrom náhlého úmrtí dětí. Tyto příznaky jsou považovány za přímo spojené s neschopností metabolizovat tuky. Nesnášenlivost vůči půst a hypoglykémie výsledkem neschopnosti získat energie a udělat cukr z Tlustý obchody, což je způsob, jakým se ukládá většina přebytečné energie člověka. Taky, mastné kyseliny se mohou začít hromadit v krev, snižující krev pH a způsobovat acidóza.[1]

MCAD souvisí / má vztah s Náhlá dětská smrt. Přibližně 90% případů MCAD je způsobeno jediným bodem mutace Kde Lysin v poloze 304 (Lys304) se nahrazuje a Glutamát zbytky a to zabrání enzym správně fungující.[1] Uvádí se, že každý rok 1 z 20 000 kojenci se narodil s nedostatek ve svých acyl-CoA dehydrogenázách se středním řetězcem, které jsou způsobeny a mutace. The mutace je recesivní a často rodiče z děti kteří trpí nedostatkem, mohou být později diagnostikováni jako nositelé.[3]

v lidé nejčastější přirozeně se vyskytující mutace v MCAD se nachází na aminokyselina zbytek Lys-304.[1] K pozměněnému zbytku dochází jako výsledek jednobodového mutace ve kterém lysin boční řetěz je nahrazen a glutamát. Lys-304 typicky interaguje s okolím aminokyselina zbytky formováním Vodíkové vazby s Gln-342, Asp-300 a Asp-346. Když mutace příčiny glutamát zaujmout místo lysin, je na toto místo zaveden další záporný náboj, který narušuje normálně se vyskytující H-vazbu. Takové narušení mění skládací vzorec enzym, což nakonec ohrozilo jeho stabilitu a potlačilo jeho funkci v systému Windows mastné kyseliny oxidace.[12] Účinnost mutovaných protein je asi 10krát nižší než u přirozeného protein.[13] To může vést k výše uvedeným příznakům nedostatku.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j Thorpe, C .; Kim, J. J. (červen 1995). "Struktura a mechanismus účinku Acyl-CoA dehydrogenáz". FASEB J. 9 (9): 718–25. doi:10.1096 / fasebj.9.9.7601336. PMID  7601336.
  2. ^ A b Kim JJ, Wang M, Paschke R (srpen 1993). „Krystalové struktury acyl-CoA dehydrogenázy se středním řetězcem z mitochondrií prasečích jater se substrátem i bez něj“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 90 (16): 7523–7. doi:10.1073 / pnas.90.16.7523. PMC  47174. PMID  8356049.
  3. ^ A b Touma EH, Charpentier C (leden 1992). „Nedostatek acyl-CoA dehydrogenázy se středním řetězcem“. Oblouk. Dis. Dítě. 67 (1): 142–5. doi:10.1136 / adc.67.1.142. PMC  1793557. PMID  1739332.
  4. ^ Bode, K .; Hooks, M.A .; Couee, I. (1999). „Identifikace, separace a charakterizace dehydrogenáz acyl-koenzymu A podílejících se na mitochondriální β-oxidaci u vyšších rostlin“. Plant Physiol. 119 (4): 1305–1314. doi:10.1104 / pp.119.4.1305. PMC  32015. PMID  10198089.
  5. ^ Komuniecki, R .; Fekete, S .; Thissen-Parra, J. (1985). „Čištění a charakterizace 2-methylové rozvětvené Acyl-CoA dehydrogenázy, což je enzym podílející se na redukci enoyl-CoA závislé na NADH v anaerobních mitochondriích hlístice, Ascaris suum.“ J Biol Chem. 260 (8): 4770–4777. PMID  3988734.
  6. ^ Kionka, C .; Kunau, W.H. (1985). "Indukovatelná β-oxidační cesta v Neurospora crassa". J Bacteriol. 161: 153–157.
  7. ^ Campbell, J.W .; Cronan, J. E. Jr. (2002). „Enigmatický gen fadE Escherichia coli je yafH“. J. Bacteriol. 184 (13): 3759–64. CiteSeerX  10.1.1.333.9931. doi:10.1128 / JB.184.13.3759-3764.2002. PMC  135136. PMID  12057976.
  8. ^ Thomas, S.T .; Sampson, N.S. (2013). „Mycobacterium tuberculosis využívá jedinečnou heterotetramerickou strukturu pro dehydrogenaci postranního řetězce cholesterolu“. Biochemie. 52 (17): 2895–2904. doi:10.1021 / bi4002979. PMC  3726044. PMID  23560677.
  9. ^ Wipperman, M.F .; Yang, M .; Thomas, S.T .; Sampson, N.S. (2013). "Zmenšování FadE Proteomu Mycobacterium tuberculosis: Pohledy na metabolismus cholesterolu prostřednictvím identifikace α2β2 Rodina heterotetramerických acylových koenzymů a dehydrogenáz ". J. Bacteriol. 195 (19): 4331–4341. doi:10.1128 / JB.00502-13. PMC  3807453. PMID  23836861.
  10. ^ Voskuil, M.I. (2013). „Mycobacterium tuberculosis Cholesterol Catabolism require a New Class of Acyl Coenzyme A Dehydrogenase“. J. Bacteriol. 195 (19): 4319–4321. doi:10.1128 / JB.00867-13. PMC  3807469. PMID  23893117.
  11. ^ Wipperman, Matthew, F .; Thomas, Suzanne, T .; Sampson, Nicole, S. (2014). „Patogenní vztek: Využití cholesterolu Mycobacterium tuberculosis“. Krit. Biochem. Mol. Biol. 49 (4): 269–93. doi:10.3109/10409238.2014.895700. PMC  4255906. PMID  24611808.
  12. ^ A b Kieweg V, Kräutle FG, Nandy A a kol. (Červen 1997). „Biochemická charakterizace purifikované lidské rekombinantní Lys304 → Glu acyl-CoA dehydrogenáza se středním řetězcem obsahující běžnou mutaci způsobující onemocnění a srovnání s normálním enzymem“ (PDF). Eur. J. Biochem. 246 (2): 548–56. doi:10.1111 / j.1432-1033.1997.00548.x. PMID  9208949.
  13. ^ Nasser I, Mohsen AW, Jelesarov I, Vockley J, Macheroux P, Ghisla S (září 2004). „Tepelné rozvinutí acyl-CoA dehydrogenázy se středním řetězcem a iso (3) valeryl-CoA dehydrogenázy: studium vlivu genetických defektů na stabilitu enzymu“. Biochim. Biophys. Acta. 1690 (1): 22–32. doi:10.1016 / j.bbadis.2004.04.008. PMID  15337167.

Další čtení

externí odkazy