Karnitin O-acetyltransferáza - Carnitine O-acetyltransferase
Karnitin O-acetyltransferáza také zvaný karnitin acetyltransferáza (CRATnebo KOČKA)[5] (ES 2.3.1.7 ) je enzym který kóduje gen CRAT katalyzuje the chemická reakce
- acetyl-CoA + karnitin CoA + acetylkarnitin
kde acetylová skupina vytěsňuje atom vodíku v centrální hydroxylové skupině karnitinu.[6]
Tedy dva substráty tohoto enzymu jsou acetyl-CoA a karnitin, zatímco jeho dva produkty jsou CoA a O-acetylkarnitin. Reakce je vysoce reverzibilní a nezávisí na pořadí, ve kterém se substráty váží.[6]
Předpokládá se, že jsou výsledkem různé subcelulární lokalizace CRAT mRNA alternativní sestřih genu CRAT navrhovaného divergentní sekvencí v 5 'oblasti peroxisomálních a mitochondriálních CRAT cDNA a lokalizací intron kde se sekvence liší. Alternativní sestřih tohoto genu vede ke třem odlišným izoformám, z nichž jedna obsahuje N-terminál mitochondriální tranzitní peptid a bylo prokázáno, že se nachází v mitochondriích.[7]
Nomenklatura
Tento enzym patří do rodiny transferázy, abych byl konkrétní acyltransferázy přenos jiné skupiny než aminoacylové skupiny. The systematické jméno této třídy enzymů je acetyl-CoA: karnitin-O-acetyltransferáza. Mezi další běžně používaná jména patří acetyl-CoA-karnitin O-acetyltransferáza, acetylkarnitin transferáza, karnitin acetyl koenzym A transferáza, karnitin acetyláza, karnitin acetyltransferáza, karnitin-acetyl-CoA transferáza a CATC. Tento enzym se účastní metabolismus alaninu a aspartátu.
Struktura
Obecně mají karnitin-acetyltransferázy molekulové hmotnosti přibližně 70 kDa a obsahují přibližně 600 zbytků1. CRAT obsahuje dvě domény, N doménu a C doménu, a skládá se z 20 a šroubovic a 16 β řetězců. N doména se skládá z osmiřetězcového β listu lemovaného na obou stranách osmi α šroubovicemi. Šestvláknová směsná β fólie a jedenáct α šroubovic obsahuje doménu C enzymu.
Při srovnání jádra dvou domén odrážejí významně podobné skládání peptidové kostry. K tomu dochází navzdory skutečnosti, že pouze 4% aminokyselin, které tvoří tyto peptidové hlavní řetězce, si navzájem odpovídají.[5]
Aktivní stránky
His343 je katalytický zbytek v CRAT.[8] Nachází se na rozhraní mezi doménami C a N enzymu směrem k srdci CRAT. His343 je přístupný prostřednictvím dvou kanálů 15-18 A, které se přibližují zbytku z opačných konců enzymu CRAT. Tyto kanály jsou využívány substráty CRAT, jeden kanál pro karnitin a jeden pro CoA. Postranní řetězec His343 je umístěn nepravidelně s δ1 kruhový dusík vodík navázaný na karbonylový kyslík na základním řetězci aminokyseliny.[5][9][10]
Vazebné místo CoA
Vzhledem k tomu, že CRAT váže CoA, spíše než acetyl-CoA, zdá se, že CRAT má schopnost hydrolyzovat acetyl-CoA před interakcí s osamělým fragmentem CoA ve vazebném místě.[5] CoA je vázán v lineární konformaci se svým pantotenickým ramenem vázajícím se na aktivním místě. Zde je terminální thiolová skupina v pantotenickém rameni a ε2 dusík na katalytickém postranním řetězci His343 tvoří vodíkovou vazbu. 3’-fosfát na CoA tvoří interakce se zbytky Lys419 a Lys423. Také na vazebném místě tvoří zbytky Asp430 a Glu453 přímou vodíkovou vazbu k sobě navzájem. Pokud některý ze zbytků vykazuje mutaci, může to vést ke snížení aktivity CRAT.[11][12]
Karnitinové vazebné místo
Karnitin se váže na CRAT v částečně složeném stavu, přičemž jeho hydroxylová skupina a karboxylová skupina směřují opačným směrem. Samotné místo se skládá z listu C domény B a konkrétních zbytků z N domény. Po navázání je tvář karnitinu ponechána vystavena prostoru mimo enzym. Stejně jako CoA tvoří karnitin vodíkovou vazbu s dusíkem ε2 na His343. V případě karnitinu se vazba vytvoří s jeho 3-hydroxylovou skupinou. Tato CRAT katalýza je stereospecifická pro karnitin, protože stereoizomer 3-hydroxylové skupiny nemůže dostatečně interagovat s vazebným místem CRAT karnitinu. CRAT prochází po vazbě s karnitinem malými konformačními změnami.[5][13][14]
Funkce
Enzymový mechanismus
| karnitin O-acetyltransferáza | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 mechanismus transferázy (His343) | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| EC číslo | 2.3.1.7 | ||||||||
| Číslo CAS | 9029-90-7 | ||||||||
| Databáze | |||||||||
| IntEnz | IntEnz pohled | ||||||||
| BRENDA | Vstup BRENDA | ||||||||
| EXPASY | Pohled NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Vstup KEGG | ||||||||
| MetaCyc | metabolická cesta | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB struktur | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Genová ontologie | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Zbytek His343 v aktivním místě CRAT působí jako báze, která je schopná deprotonovat thioskupinu CoA nebo 3'-hydroxylovou skupinu karnitinu v závislosti na směru reakce. Struktura CRAT optimalizuje tuto reakci tím, že způsobuje přímou vodíkovou vazbu mezi His343 a oběma substráty. Deprotonovaná skupina nyní může volně útočit na acetylovou skupinu acetyl-CoA nebo acetylkarnitinu na svém karbonylovém místě. Reakce probíhá přímo, bez tvorby His343-acetylového meziproduktu.
Hydrolýza
Je možné, že ke katalýze dojde pouze u jednoho ze dvou substrátů. Pokud se acetyl-CoA nebo acetylkarnitin váže na CRAT, může molekula vody vyplnit další vazebné místo a působit jako akceptor acetylové skupiny.
Katalýza podporovaná substrátem
Literatura naznačuje, že trimethylamoniová skupina na karnitinu může být rozhodujícím faktorem při katalýze CRAT. Tato skupina vykazuje kladný náboj, který stabilizuje oxyanion v reakčním meziproduktu. Tato myšlenka je podpořena skutečností, že pozitivní náboj karnitinu není nutný pro vazbu aktivního místa, ale je nezbytný pro další katalýzu. Ukázalo se, že tomu tak bylo syntézou analogu karnitinu, kterému chybí jeho trimethylamoniová skupina. Tato sloučenina byla schopná soutěžit s karnitinem ve vazbě na CRAT, ale nebyla schopna vyvolat reakci.[15] Vznik katalýzy podporované substrátem otevřel nové strategie pro zvýšení specificity syntetického substrátu.[16]
Biologická funkce
Existují důkazy, které naznačují, že aktivita CRAT je nezbytná pro to, aby buněčný cyklus mohl postupovat z fáze G1 do fáze S.[17]
Klinický význam
U osob se zděděným nedostatkem aktivity CRAT existuje riziko vzniku závažných srdečních a neurologických problémů.[5]
Sníženou aktivitu CRAT lze nalézt u jedinců trpících Alzheimerovou chorobou.[5]
CRAT a jeho rodina enzymů mají velký potenciál jako cíle pro vývoj terapeutické léčby cukrovky typu 2 a dalších nemocí.[18][19][20]
Interakce
Je známo, že CRAT interaguje NEDD8, PEX5, SUMO1.[7]
Reference
- ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000095321 - Ensembl, Květen 2017
- ^ A b C GRCm38: Vydání souboru 89: ENSMUSG00000026853 - Ensembl, Květen 2017
- ^ „Human PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
- ^ „Myš PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
- ^ A b C d E F G Jogl G, Tong L (leden 2003). "Krystalová struktura karnitin acetyltransferázy a důsledky pro katalytický mechanismus a transport mastných kyselin". Buňka. 112 (1): 113–22. doi:10.1016 / S0092-8674 (02) 01228-X. PMID 12526798. S2CID 18633987.
- ^ A b Bieber LL (1988). "Karnitin". Roční přehled biochemie. 57: 261–83. doi:10.1146 / annurev.bi.57.070188.001401. PMID 3052273.
- ^ A b „Entrez Gene: CRAT karnitin acetyltransferáza“.
- ^ McGarry JD, Brown NF (únor 1997). "Systém mitochondriálních karnitinpalmitoyltransferáz. Od konceptu k molekulární analýze". European Journal of Biochemistry / FEBS. 244 (1): 1–14. doi:10.1111 / j.1432-1033.1997.00001.x. PMID 9063439.
- ^ Jogl G, Hsiao YS, Tong L (listopad 2004). "Struktura a funkce karnitinacyltransferáz". Annals of the New York Academy of Sciences. 1033 (1): 17–29. Bibcode:2004NYASA1033 ... 17J. doi:10.1196 / annals.1320.002. PMID 15591000. S2CID 24466239.
- ^ Wu D, Govindasamy L, Lian W, Gu Y, Kukar T, Agbandje-McKenna M, McKenna R (duben 2003). "Struktura lidské karnitin acetyltransferázy. Molekulární základ pro přenos mastných acylů". The Journal of Biological Chemistry. 278 (15): 13159–65. doi:10,1074 / jbc.M212356200. PMID 12562770.
- ^ Ramsay RR, Gandour RD, van der Leij FR (březen 2001). "Molekulární enzymologie přenosu a transportu karnitinu". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - proteinová struktura a molekulární enzymologie. 1546 (1): 21–43. doi:10.1016 / S0167-4838 (01) 00147-9. PMID 11257506.
- ^ Hsiao YS, Jogl G, Tong L (září 2006). "Krystalové struktury myší karnitin acetyltransferázy v ternárních komplexech s jejími substráty". The Journal of Biological Chemistry. 281 (38): 28480–7. doi:10,1074 / jbc.M602622200. PMC 2940834. PMID 16870616.
- ^ Cronin CN (září 1997). „Konzervovaný serin-threonin-serinový motiv karnitin-acyltransferáz se podílí na vazbě karnitinu a stabilizaci přechodového stavu: studie zaměřená na mutagenezi zaměřenou na místo“. Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 238 (3): 784–9. doi:10.1006 / bbrc.1997.7390. PMID 9325168.
- ^ Hsiao YS, Jogl G, Tong L (červenec 2004). "Strukturální a biochemické studie substrátové selektivity karnitin acetyltransferázy". The Journal of Biological Chemistry. 279 (30): 31584–9. doi:10,1074 / jbc.M403484200. PMID 15155726.
- ^ Saeed A, McMillin JB, Wolkowicz PE, Brouillette WJ (září 1993). „Enzymatická katalýza karnitin-acyltransferázy vyžaduje pozitivní náboj na karnitinovém kofaktoru“. Archivy biochemie a biofyziky. 305 (2): 307–12. doi:10.1006 / abbi.1993.1427. PMID 8373168.
- ^ Dall'Acqua W, Carter P (leden 2000). „Katalýza za pomoci substrátu: molekulární základ a biologický význam“. Věda o bílkovinách. 9 (1): 1–9. doi:10.1110 / ps.9.1.1. PMC 2144443. PMID 10739241.
- ^ Brunner S, Kramar K, Denhardt DT, Hofbauer R (březen 1997). „Klonování a charakterizace myší karnitin acetyltransferázy: důkaz požadavku během buněčného cyklu“. The Biochemical Journal. 322 (2): 403–10. doi:10.1042 / bj3220403. PMC 1218205. PMID 9065756.
- ^ Anderson RC (únor 1998). „Karnitin palmitoyltransferáza: životaschopný cíl pro léčbu NIDDM?“. Současný farmaceutický design. 4 (1): 1–16. PMID 10197030.
- ^ Giannessi F, Chiodi P, Marzi M, Minetti P, Pessotto P, De Angelis F, Tassoni E, Conti R, Giorgi F, Mabilia M, Dell'Uomo N, Muck S, Tinti MO, Carminati P, Arduini A (červenec 2001 ). "Reverzibilní inhibitory karnitinpalmitoyltransferázy se širokou chemickou rozmanitostí jako potenciální antidiabetická činidla". Journal of Medicinal Chemistry. 44 (15): 2383–6. doi:10.1021 / jm010889 +. PMID 11448219.
- ^ Wagman AS, Nuss JM (duben 2001). „Současné terapie a vznikající cíle v léčbě cukrovky“. Současný farmaceutický design. 7 (6): 417–50. doi:10.2174/1381612013397915. PMID 11281851.
Další čtení
- Chase JF, Pearson DJ, Tubbs PK (leden 1965). „The Preparation of Crystallin Carnitine Acetyltransferase“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - syntéza nukleových kyselin a bílkovin. 96: 162–5. doi:10.1016/0005-2787(65)90622-2. PMID 14285260.
- Friedman S, Fraenkel G (prosinec 1955). "Reverzibilní enzymatická acetylace karnitinu". Archivy biochemie a biofyziky. 59 (2): 491–501. doi:10.1016/0003-9861(55)90515-4. PMID 13275966.
- Miyazawa S, Ozasa H, Furuta S, Osumi T, Hashimoto T (únor 1983). "Čištění a vlastnosti karnitin acetyltransferázy z potkaních jater". Journal of Biochemistry. 93 (2): 439–51. doi:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a 134198. PMID 6404901.
]
