Karnitin-O-acetil-transzferáz , továbbá karnitin -acetil-transzferáz , röv. A CAT ( Carnitine O- acetyltransferase , röv. CRAT ) [ 1] ( EC 2.3.1.7 Archivált : 2016. december 14., a Wayback Machine -en ) az aciltranszferázok csoportjába tartozó enzim , amely egy acetilcsoport (CH 3 -CO ) átvitelét katalizálja. ) egy acetilmolekuláról -CoA a szubsztrát molekulára - karnitinre és fordítva, ha a szubsztrát már koenzim A , az egyenlet szerint:
acetil-CoA + karnitin CoA-SH + O-acetilkarnitin [2] .
A reakciótermékek az acetilkarnitin, illetve a koenzim A (CoA-SH).
A CRAT enzimet kódoló gén archiválva : 2016. szeptember 10. a Wayback Machine -nél a 9. kromoszómán található .
A CRAT mRNS különböző szubcelluláris lokalizációiról úgy vélik, hogy az ezt az enzimet kódoló gén alternatív splicingjének az eredménye. Az alternatív splicing három izoforma kialakulásához vezet, amelyek közül az egyik N-terminális jelet tartalmaz a mitokondriumokba való transzporthoz, és a megfigyelések szerint ott lokalizálódik [3] .
Ez az enzim az aciltranszferázok családjába tartozik, amelyek katalizálják az acetilcsoport átvitelét egy acetil-CoA molekuláról a szubsztrát molekulára, a karnitinre és fordítva. Az enzim szisztematikus neve karnitin-O-acetiltranszferáz. Az enzim egyéb nevei: Acetil-CoA karnitin-transzferáz, karnitin-acetil-CoA-transzferáz, acetil-karnitin-transzferáz stb.
A karnitin-acetil-transzferáz molekulatömege 70 kDa tartományba esik, és körülbelül 600 aminosavat tartalmaz . A CRAT két doménből áll, az N doménből és a C doménből, amelyek 20 α-hélixből és 16 β-szálból állnak. Az N domén egy nyolcszálú β-lemezből áll, amelyet 8 α-hélix szegélyez. 6 vegyes β-szál és 11 α-hélix alkot egy C-domént.
Ha összehasonlítjuk az enzim két doménjének magjainak (magjának) szerkezetét, akkor a peptidváz feltekeredésében mutatkozik meg jelentős hasonlóság, és ez abból adódik, hogy a termelő aminosavak mindössze 4%-a. felfelé ezek a peptidvázak megfelelnek egymásnak, azaz. ugyanaz a sorrend [1] .
A CRAT katalitikus központ funkcióját egy hisztidin , a His343 [4] látja el . A C és N domének találkozásánál található, majdnem a CRAT közepén. A His343 oldallánca egyenetlenül helyezkedik el, a hisztidingyűrű δ 1 nitrogénatomja hidrogénkötéssel kapcsolódik az aminosavváz karbonil-oxigénjéhez [1] [5] [6] .
Mivel a CRAT a CoA-t köti, és nem az acetil-CoA-t, levonható a következtetés, hogy a CRAT képes az acetil-CoA-t hidrolizálni, mielőtt kölcsönhatásba lépne egy szabad koenzim-A molekulával a kötőhelyen. A CoA lineáris konformációban kötődik az aktív helyhez, a pantotén karhoz (a molekula terminális része). Az úgynevezett pantotén karban található terminális SH-tiol csoport és a His343 katalitikus centrum oldalláncának ε 2 nitrogénatomja hidrogénkötést képez . A kötés a CoA-n lévő 3'-foszfátcsoport és a Lys419 és Lys423 aminosavak között is létrejön . Ezenkívül a kötőhelyen az Asp430 és a Glu453 maradékok hidrogénkötést képeznek egymással. Ha valamelyik aminosav egy mutáció következtében kicserélődik, az a CRAT aktivitás csökkenéséhez vezethet [7] [8] .
A karnitint az enzim részben összehajtogatott formában köti meg, funkciós csoportjai (hidroxil és karboxil) különböző irányokba irányulnak. Maga a kötőhely a C domén β-lapjából és különösen az N domén aminosavjaiból áll, a kötődés után a karnitin felülete az enzimen kívüli térben nyitott marad. A koenzim A-hoz hasonlóan a karnitin is hidrogénkötést képez a His343 maradék ε 2 nitrogénatomjával . A karnitin esetében a kötés a 3 - hidroxilcsoporttal (3-OH) jön létre. Ennek az enzimnek a katalízise sztereospecifikus a karnitinre, mivel a 3-OH csoport sztereoizomerje nem tud teljes mértékben kölcsönhatásba lépni a CRAT karnitinkötő helyével. Maga az enzim kisebb konformációs változásokon megy keresztül, amikor karnitinhez kötődik [1] [9] [10] .
Az enzim aktív centrumának His343 aminosavja képes katalizálni a karnitin acetilezési reakcióját azáltal, hogy deprotonálja a terminális (terminális) koenzim A SH - tiolcsoportját vagy a karnitin 3-OH - hidroxilcsoportját, a karnitin acetilezésének irányától függően. a reakciót. A CRAT szerkezet optimalizálja az ilyen reakciókat azáltal, hogy közvetlen hidrogénkötéseket hoz létre a His343 maradék és mindkét szubsztrát (a koenzim A és a karnitin) között. Ezt követően a deprotonált csoport szabadon megtámadhatja a CoA acetilcsoportját vagy az acetilkarnitin COOH csoportját. A reakció közvetlenül megy végbe, His343- acetil intermedier (köztitermék) képződése nélkül.
Hidrolízis
Elképzelhető, hogy a katalízis a két szubsztrát közül csak az egyikkel mehet végbe. Ha bármely acetil-CoA molekula vagy acetilkarnitin kötődik a CRAT-hoz, akkor a vízmolekulák más kötőhelyeket, valamint az akceptor acetilcsoportját (CH 3 -CO) is elfoglalhatják.
Szubsztrát-segéd katalízis
Vannak irodalmi adatok, amelyek arra utalnak, hogy a karnitin -N + -(CH 3 ) 3 - trimetilammónium csoportja döntő tényező lehet a CRAT katalízisben. A trimetil-ammónium-csoport pozitív töltést mutat, ami stabilizálja az oxianiont az intermedier (intermedier vegyület) előállítási reakciójában. Ezt az elképzelést támasztja alá az a tény, hogy a karnitin pozitív töltése nem szükséges az aktív kötődéshez, de elengedhetetlen a további katalízishez. Ezt egy trimetilammónium-csoportot nem tartalmazó karnitin analóg katalízise során igazolták. Egy ilyen vegyület képes volt versenyezni a karnitinnel és kötődni a CRAT-hoz, azonban nem váltott ki reakciót [11] . A szubsztrát-asszisztált katalízis megjelenése új stratégiákat nyit meg a szintetikus szubsztrátspecifitás növelésére [12] .
A karnitin-acetil-transzferáz részt vesz az alanin és az aszpartát metabolizmusában . Bizonyítékok vannak arra, hogy CRAT aktivitásra van szükség a sejtciklus G1 fázisból S fázisba való átmenetéhez [13] .
Azoknál, akik a CRAT-aktivitás hiányát öröklik, nagyobb a kockázata a súlyos szív- és neurológiai betegségek kialakulásának [1] .
Az enzimaktivitás csökkenése Alzheimer-kórban szenvedő egyéneknél [1] .
A CRAT és enzimcsaládja nagy potenciállal rendelkezik a 2-es típusú cukorbetegség és más betegségek terápiás kezelésének kifejlesztésében [14] [15] [16] .
Ismeretes, hogy a CRAT kölcsönhatásba lép a NEDD8 , PEX5 és SUMO1 fehérjékkel [3] .