Ацил-КоА-дегидрогеназа

редактировать

Ацил-КоА-дегидрогеназа(ACAD) - это класс ферментов, которые катализируют начальную стадию в каждом цикле β-окисления жирных кислот в митохондриях клеток. Их действие приводит к введению транс двойной связи между C2 (α) и C3 (β) ацил-CoA тиоэфирного субстрата Флавинадениндинуклеотид (FAD) является необходимым кофактором в дополнение к присутствию активного сайта глутамата для того, чтобы фермент функционировал.

Следующая реакция представляет собой окисление жирной кислоты с помощью FAD с получением тиоэфира α, β-ненасыщенной жирной кислоты Коэнзима A :

ACAD можно разделить на три отдельные группы в зависимости от их специфичности для субстратов с коротко-, средне- или длинноцепочечными жирными кислотами ацил-CoA. В то время как различные дегидрогеназы нацелены на жирные кислоты с разной длиной цепи, все типы ACAD механически подобны. Различия в ферменте возникают в зависимости от расположения активного сайта вдоль аминокислотной последовательности.

ACAD являются важным классом ферментов у млекопитающих клетки из-за их роли в метаболизме жирных кислот, присутствующих в съеденных пищевых продуктах. Действие этого фермента представляет собой первую ступень в метаболизме жирных кислот (процесс разрушения длинных цепей жирных кислот на молекулы ацетил-КоА). Дефицит этих ферментов связан с генетическими нарушениями, связанными с окислением жирных кислот окислением (т.е. метаболическими нарушениями).

ACAD ферменты были идентифицированы у животных (из которых существует 9 основных классов эукариот), а также у растений, нематод, грибов и бактерий. 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-CoA дегидрогеназ представляют собой α 4 гомотетрамеры, и в двух случаях (для субстратов жирных кислот с очень длинной цепью) они являются α 2 гомодимерами. Был обнаружен дополнительный класс ацил-КоА-дегидрогеназы, который катализирует реакции α, β-ненасыщенности с тиоэфирами стероид-КоА у некоторых типов бактерий. Было продемонстрировано, что этот класс ACAD формирует α 2β2гетеротетрамеры, а не обычный α 4 гомотетрамер, белковая архитектура, которая эволюционировала, чтобы приспособиться к гораздо более крупному субстрату стероид-КоА.

ACAD классифицируются как EC 1.3.99.3.

Содержание

  • 1 Структура
  • 2 Механизм
  • 3 Клиническая значимость
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки
  • 6 Дополнительная литература
  • 7 Внешние ссылки

Структура

Структура тетрамера ацил-КоА-дегидрогеназы со средней длиной цепи. 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 дефицитным ферментом в классе, который приводит к метаболическим нарушениям у животных.. Этот белок представляет собой гомотетрамер, каждая субъединица которого содержит примерно 400 аминокислот и один эквивалент FAD на мономер. Тетрамер классифицируется как «димер димеров» с общим диаметром приблизительно 90 Å.

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

FAD связан между тремя доменами мономера, где доступна только нуклеотидная часть. Связывание FAD вносит значительный вклад в общую стабильность фермента. Субстрат ацил-КоА полностью связывается с каждым мономером фермента . 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.

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

Новая архитектура фермента ACAD у некоторых видов стероидов, использующих стероиды. были обнаружены бактерии (Actinobacteria и Proteobacteria ), которые участвуют в утилизации повсеместно распространенных стероидных субстратов, таких как холестерин, патогенными организмами, такими как Mycobacterium tuberculosis. Генетически структура кодируется двумя отдельными генами (открытыми рамками считывания ), которые образуют облигатный α 2β2гетеротетрамический комплекс. Эта структура, скорее всего, была результатом эволюционного события, которое вызвало дупликацию гена и частичную потерю функции, поскольку половина остатков связывания кофактора FAD находится в каждом гене и образуют полный сайт связывания только при совместной экспрессии. как комплекс. Это, вероятно, позволило сайту связывания субстрата значительно раскрыться для размещения гораздо более крупных субстратов полициклического CoA, а не жирных кислот с различной длиной цепи.

Механизм

Общий механизм ацил-КоА дегидрогеназы.

Механизм ацил-КоА дегидрогеназы протекает через отщепление E2. Это удаление инициируется остатком глутамата, который, хотя и необходим для этого механизма, не является консервативным.

Остаток появляется в широком диапазоне мест в пределах различных типов фермент (это Glu 376 в MCAD). Остаток глутамата депротонирует про-R водород альфа углерода. Водород связывание карбонильного кислорода субстрата как с 2'-OH рибитильной боковой цепи FAD, так и с NH основной цепи ранее упомянутого глутамата снижает pKa этого протона, позволяя легко удалить его глутаматом.

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.

Поскольку альфа углерод депротонируется, про-R водород бета углерода уходит в виде гидрида с FAD в согласованный шаг. Он добавляется к Re face FAD в позиции N-5, и фермент удерживает FAD на месте посредством водородной связи с частью пиримидина и гидрофобные взаимодействия с диметилбензольной частью. субстрат теперь преобразован в α, β ненасыщенный тиоэфир.

. Поскольку FAD захватывает гидрид, карбонильный кислород, прилегающий к N-1 азот становится отрицательно заряженным. Эти электроны находятся в резонансе с N-1 азотом, распределяя и стабилизируя результирующий отрицательный заряд. Заряд также стабилизируется водородными связями между кислородом и азотом, представляющими интерес, и различными остатками внутри фермента.

Клиническая значимость

Дефицит ацила -CoA-дегидрогеназы приводят к снижению способности окислять жирные кислоты, тем самым указывая на метаболическую дисфункцию. Дефицит ацил-КоА-дегидрогеназы со средней длиной цепи (MCADD ) хорошо известен и охарактеризован, поскольку он чаще всего встречается среди ацил-КоА-дегидрогеназ, что приводит к окислению жирных кислот нарушения и возможность опасных для жизни метаболических заболеваний. Некоторые симптомы дефицита ацил-КоА-дегидрогеназы со средней длиной цепи включают непереносимость голодания, гипогликемию и синдром внезапной детской смерти. Считается, что эти симптомы напрямую связаны с неспособностью метаболизировать жиры. Непереносимость голодания и гипогликемия являются следствием неспособности получить энергию и вырабатывать сахар из жиров запасов, которые так хранится большая часть избыточной энергии человека. Кроме того, жирные кислоты могут начать накапливаться в крови, снижая pH крови и вызывая ацидоз.

MCAD связан с / имеет ассоциация с Внезапной детской смертью. Примерно 90% случаев MCAD обусловлены единственной точечной мутацией, где лизин в положении 304 (Lys304) заменен на остаток глутамата, и это предотвращает фермент от правильного функционирования. Сообщается, что каждый год 1 из 20000 младенцев рождается с дефицитом его / ее ацил-КоА-дегидрогеназ со средней длиной цепи, который вызван мутацией . Мутация является рецессивной, и часто родители детей, страдающих этой недостаточностью, впоследствии могут быть диагностированы как носители.

У людей наиболее частая встречающаяся в природе мутация в MCAD локализована в аминокислотном остатке Lys-304. Измененный остаток возникает в результате одноточечной мутации, в которой боковая цепь лизина заменена на глутамат. Lys-304 обычно взаимодействует с окружающими аминокислотными остатками, образуя водородные связи с Gln-342, Asp-300 и Asp-346. Когда мутация заставляет глутамат занять место лизина, в этот сайт вводится дополнительный отрицательный заряд, который нарушает обычно возникающую водородную связь. Такое нарушение изменяет структуру складывания фермента, в конечном итоге ставя под угрозу его стабильность и подавляя его функцию в окислении жирной кислоты . Эффективность мутированного белка примерно в 10 раз ниже, чем эффективность природного белка . Это может привести к появлению перечисленных выше симптомов дефицита.

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-08 22:20:54
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте