Malát dehydrogenáza - Malate dehydrogenase

Malát dehydrogenáza
Struktura proteinu s připojenými kofaktory
Identifikátory
EC číslo	1.1.1.37
Číslo CAS	9001-64-3
Databáze
IntEnz	IntEnz pohled
BRENDA	Vstup BRENDA
EXPASY	Pohled NiceZyme
KEGG	Vstup KEGG
MetaCyc	metabolická cesta
PRIAM	profil
PDB struktur	RCSB PDB PDBe PDBsum
Vyhledávání PMC článků PubMed článků NCBI bílkoviny

Malát dehydrogenáza (ES 1.1.1.37 ) (MDH) je enzym že reverzibilně katalyzuje the oxidace z malát na oxaloacetát pomocí redukce NAD⁺ do NADH. Tato reakce je součástí mnoha metabolické cesty, včetně cyklus kyseliny citronové. Ostatní malát dehydrogenázy, které mají jiná čísla EC a katalyzují další reakce oxidující malát, mají kvalifikovaná jména jako malát dehydrogenáza (NADP⁺).

Isozymes

Několik isozymy malátdehydrogenázy. Existují dva hlavní izoformy v eukaryotických buňkách.^[1] Jeden se nachází v mitochondriální matrici a účastní se jako klíčový enzym v cyklu kyseliny citronové, který katalyzuje oxidaci malátu. Druhý se nachází v cytoplazma, pomáhat malát-aspartátový člun s výměnou redukčních ekvivalentů tak, aby malát mohl procházet mitochondriální membránou a transformovat se na oxaloacetát pro další buněčné procesy.^[2]

Lidé a většina ostatních savců exprimují následující dvě malátdehydrogenázy:

Proteinové rodiny

3-D krystalová struktura oblasti mobilní smyčky v malátdehydrogenáze v uzavřené a otevřené konformaci. Uzavřená konformace MDH je zobrazena růžově (označena růžovou šipkou), zatímco otevřená konformace je zobrazena azurově (označena azurovou šipkou).

Rodina malátdehydrogenázy obsahuje L-laktátdehydrogenázu a L-2-hydroxyisocaproate dehydrogenázy. L-laktátdehydrogenázy katalyzují přeměnu L-laktát na pyruvát, poslední krok v anaerobní glykolýze. The N-konec je vazba Rossmann NAD vázání a C-konec je neobvyklý záhyb alfa + beta.^[3][4]

Evoluce a struktura

Ve většině organismů existuje malátdehydrogenáza (MDH) jako a homodimerní molekula a úzce souvisí s laktátdehydrogenáza (LDH) ve struktuře. Je to velká proteinová molekula s podjednotkami o hmotnosti mezi 30 a 35 kDa.^[5] Na základě aminokyselinových sekvencí se zdá, že MDH se rozcházel do dvou hlavních fylogenetických skupin, které se velmi podobají buď mitochondriálním izozymům nebo cytoplazmatickým / chloroplastovým izozymům.^[6] Protože sekvenční identita malátdehydrogenázy v mitochondriích více souvisí s jeho prokaryotickými předky ve srovnání s cytoplazmatickým izozymem, teorie, že mitochondrie a chloroplasty byly vyvinuty prostřednictvím endosymbióza je věrohodné.^[7] Aminokyselinové sekvence archaeal MDH jsou více podobné LDH než MDH jiných organismů. To naznačuje, že existuje možná evoluční vazba mezi laktátdehydrogenázou a malátdehydrogenázou.^[8]

Každá podjednotka dimeru malátdehydrogenázy má dvě odlišné domény, které se liší strukturou a funkčností. Paralela β-list struktura tvoří vazebnou doménu NAD +, zatímco čtyři β-listy a jeden α-šroubovice tvoří centrální NAD⁺ vazebné místo. Podjednotky jsou drženy pohromadě prostřednictvím rozsáhlých vodíkové vazby a hydrofobní interakce.^[9]

Bylo také prokázáno, že malát dehydrogenáza má oblast mobilní smyčky, která hraje zásadní roli v katalytické aktivitě enzymu. Studie ukázaly, že konformační změna této smyčkové oblasti z otevřené konformace na uzavřenou konformaci po navázání substrátu zvyšuje katalýzu MDH prostřednictvím stínění substrátu a katalytických aminokyselin před rozpouštědlem. Studie také ukázaly, že tato oblast smyčky je vysoce zachována v malátdehydrogenáze.^[6]

Mechanismus

Aktivní místo malátdehydrogenázy

Aktivní místo malátdehydrogenázy je hydrofobní dutina v proteinovém komplexu, která má specifická vazebná místa pro substrát a jeho koenzym, NAD⁺. Ve svém aktivním stavu prochází MDH konformační změnou, která obklopuje substrát, aby se minimalizovala expozice rozpouštědlu a aby se klíčové zbytky umístily do těsnější blízkosti substrátu.^[6] Zejména tři zbytky, které obsahují katalytickou triádu histidin (His-195), aspartát (Asp-168), které oba společně fungují jako systém přenosu protonů, a argininy (Arg-102, Arg-109, Arg-171), které zajišťují podklad.^[10]

Mechanicky malátdehydrogenáza katalyzuje oxidaci hydroxylové skupiny malátu pomocí NAD⁺ jako akceptor elektronů. Tento oxidační krok vede k eliminaci protonu a hydridového iontu ze substrátu. NAD⁺ přijímá hydridový ion (konkrétně je hydridový ion přenesen na nikotinamidový kruh NAD⁺) a stává se redukovaným na NADH, zatímco současně zbytek His-195 na enzymu přijímá proton.^[11] Pozitivně nabitý zbytek His-195, kterého se účastní základní katalýza substrátu je stabilizován sousedním záporně nabitým zbytkem Asp-168. Tato elektrostatická stabilizace pomáhá usnadnit přenos protonu.^[1] Arg-102, Arg-109 a Arg-171 (které jsou protonované, a tedy kladně nabité) se účastní elektrostatická katalýza a pomáhají vázat záporně nabité karboxyláty na substrát. Navíc argininové zbytky na enzymu poskytují další substrátovou specificitu a vazbu prostřednictvím vodíkové vazby mezi guanidiniovým postranním řetězcem aminokyselinových zbytků argininu a karboxyláty substrátu.^[12]

Studie také identifikovaly mobilní smyčku v malátdehydrogenáze, která se podílí na katalytické aktivitě enzymu. Smyčka podléhá konformační změně, aby chránila substrát a katalytické aminokyseliny před rozpouštědlem v reakci na vazbu komplexu malát dehydrogenáza: koenzym na substrát. Toto převrácení smyčky do horní polohy k pokrytí aktivního místa také podporuje zvýšenou interakci katalyticky důležitých amino zbytků na enzymu se substrátem. Navíc bylo prokázáno, že pohyb smyčky koreluje s krokem určujícím rychlost enzymu.^[13]

Funkce

Reakce

Obecná reakce ukazující oxidaci malátu katalyzovanou malát dehydrogenázou redukcí NAD⁺.

Malát dehydrogenázy katalyzuje interkonverzi malátu na oxaloacetát. V cyklu kyseliny citronové je malátdehydrogenáza zodpovědná za katalyzování regenerace oxaloacetátu. K této reakci dochází oxidací hydroxylové skupiny na malátu a redukcí NAD⁺. Mechanismus přenosu hydridového iontu na NAD⁺ se provádí podobným mechanismem jako u laktátdehydrogenázy a alkohol dehydrogenázy. ΔG '° malátdehydrogenázy je +29,7 kJ / mol a ΔG (v buňce) je 0 kJ / mol.^[11]

Jiné cesty

Malát dehydrogenáza se také podílí na glukoneogeneze, syntéza glukózy z menších molekul. Na pyruvát v mitochondriích působí pyruvátkarboxyláza za vzniku oxaloacetátu, cyklus kyseliny citronové středně pokročilí. Aby se oxaloacetát dostal z mitochondrií, malát dehydrogenáza jej redukuje na malát a ten pak prochází vnitřní mitochondriální membránou. Poté, co je v cytosolu, je malát oxidován zpět na oxaloacetát pomocí cytosol-malátdehydrogenázy. Konečně, fosfoenolpyruvátkarboxykináza (PEPCK) převádí oxaloacetát na fosfoenolpyruvát (ŘÍZ).^[14]

Kinetika

Kinetické studie ukazují, že je uspořádána enzymatická aktivita malátdehydrogenázy. Kofaktor NAD⁺/ NADH se váže na enzym před substrátem.^[15] Hodnota Km pro malát, tj. Koncentrace, při které je aktivita enzymu poloviční, je 2 mM. Hodnota Kcat je 259,2 s⁻¹.^[16]

Vliv pH na katalytickou aktivitu

Úrovně pH navíc řídí specificitu vazby na substrát malátdehydrogenázou v důsledku přenosu protonů v katalytickém mechanismu.^[17] Bylo navrženo, aby histidinová část s hodnotou pK 7,5 hrála roli v závislosti na pH enzymu. Studie ukázaly, že vazba enolformy oxaloacetátu na malátdehydrogenázu: NADH komplex se při vyšších hodnotách pH tvoří mnohem rychleji.^[12] Kromě toho je vazba L-malátu na malátdehydrogenázu podporována za alkalických podmínek. V důsledku toho se neprotonovaná forma malátdehydrogenázy přednostně váže na L-malát a enolovou formu oxaloacetátu. Naproti tomu bylo zjištěno, že D-malát, hydroxymalonát a ketoforma oxaloacetátu se vážou výlučně na protonovanou formu enzymu. Konkrétně, když je histidin protonován, může His zbytek tvořit vodíkovou vazbu s karbonylovým kyslíkem substrátu, který posune elektronovou hustotu pryč od kyslíku a zvýší jeho náchylnost k nukleofilnímu útoku hydridem. To podporuje vazbu malátdehydrogenázy na tyto substráty. Výsledkem je, že při nižších hodnotách pH se malátdehydrogenáza přednostně váže na D-malát, hydroxymalonát a keto-oxaloacetát.^[18]

Alosterická regulace

Vzhledem k tomu, že malátdehydrogenáza je úzce spjata s cyklem kyseliny citronové, studie navrhly a experimentálně prokázaly, že citrát je alosterickým regulátorem malátdehydrogenázy v závislosti na koncentracích L-malátu a NAD⁺. To může být způsobeno odchylkami pozorovanými v kinetickém chování malátdehydrogenázy při vysokých koncentracích oxaloacetátu a L-malátu. Pokusy to ukázaly Citrát může alostericky aktivovat i inhibovat enzymatickou aktivitu malátdehydrogenázy. Bylo prokázáno, že citrát inhibuje oxidaci L-malátu, když jsou nízké hladiny L-malátu a NAD⁺. Avšak v přítomnosti vysoké hladiny malátu a NAD⁺Citrát může stimulovat produkci oxaloacetátu. Ačkoli je malátdehydrogenáza typicky považována za reverzibilní enzym, předpokládá se, že na enzymu existuje alosterické regulační místo, kde se citrát může vázat a řídit rovnováhu reakce v obou směrech.^[19]

Bylo také prokázáno, že glutamát inhibuje aktivitu malátdehydrogenázy. Dále se ukázalo, že alfa ketoglutarátdehydrogenáza může interagovat s mitochondriální aspartátaminotransferázou za vzniku komplexu, který se pak může vázat na malátdehydrogenázu a vytváří ternární komplex, který reverzuje inhibiční účinek na enzymatickou aktivitu malátdehydrogenázy glutamátem. Tvorba tohoto komplexu navíc umožňuje glutamátu reagovat s aminotransferázou bez ovlivnění aktivity malátdehydrogenázy. Tvorba tohoto ternárního komplexu také usnadňuje uvolňování oxaloacetátu z malátdehydrogenázy na aminotransferázu. Kineticky bylo prokázáno, že vazba malátdehydrogenázy na binární komplex alfa ketoglutarátdehydrogenázy a aminotrannferázy zvyšuje reakční rychlost malátdehydrogenázy, protože Km malátdehydrogenázy je snížena, pokud je vázána jako součást tohoto komplexu.^[20]

Interaktivní mapa cest

Kliknutím na geny, bílkoviny a metabolity níže zobrazíte odkazy na příslušné články.^{[§ 1]}

[[Soubor:

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

| {{{bSize}}} px | alt = Glykolýza a glukoneogeneze Upravit ]]

Glykolýza a glukoneogeneze Upravit

1. ^ Interaktivní mapu cest lze upravit na WikiPathways: „GlycolysisGluconeogenesis_WP534“.

Reference

Další čtení

externí odkazy

• Malát + dehydrogenáza v americké národní lékařské knihovně Lékařské předměty (Pletivo)