Karnitin-O-acetil-transzferáz

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] .

Nómenklatúra

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.

Szerkezet

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] .

Aktív központ

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] .

CoA Binding Center

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] .

Karnitin kötőközpont

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] .

Funkciók

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] .

Biológiai funkciók

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] .

Orvosi jelentősége

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] .

Kölcsönhatások más fehérjékkel

Ismeretes, hogy a CRAT kölcsönhatásba lép a NEDD8 , PEX5 és SUMO1 fehérjékkel [3] .

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Jogl G., Tong L. A karnitin-acetiltranszferáz kristályszerkezete és következményei a katalitikus mechanizmusra és a zsírsavtranszportra  // Cell  :  Journal. - Cell Press , 2003. - január ( 112. kötet , 1. szám ). - 113-122 . o . - doi : 10.1016/S0092-8674(02)01228-X . — PMID 12526798 .
2. ↑ Bieber LL Carnitine  //  Annual Review of Biochemistry : folyóirat. - 1988. - 1. évf. 57 . - P. 261-283 . - doi : 10.1146/annurev.bi.57.070188.001401 . — PMID 3052273 .
3. ↑ 1 2 Entrez gén: CRAT karnitin-acetiltranszferáz . (határozatlan)
4. ↑ McGarry JD, Brown NF A mitokondriális karnitin palmitoiltranszferáz rendszer. A koncepciótól a molekuláris elemzésig  (eng.)  // European Journal of Biochemistry / FEBS : folyóirat. - 1997. - február ( 244. évf . , 1. sz.). - 1-14 . o . - doi : 10.1111/j.1432-1033.1997.00001.x . — PMID 9063439 .
5. ↑ Jogl G., Hsiao YS, Tong L. A karnitin-aciltranszferázok szerkezete és funkciója  //  Annals of the New York Academy of Sciences : folyóirat. - 2004. - november ( 1033. köt. ). - 17-29 . o . - doi : 10.1196/annals.1320.002 . — PMID 15591000 .
6. ↑ Wu D., Govindasamy L., Lian W., Gu Y., Kukar T., Agbandje-McKenna M., McKenna R. A humán karnitin-acetiltranszferáz szerkezete. A zsírsav-transzfer molekuláris alapja  (angol)  // The Journal of Biological Chemistry  : folyóirat. - 2003. - április ( 278. évf . , 15. sz.). - P. 13159-13165 . - doi : 10.1074/jbc.M212356200 . — PMID 12562770 .
7. ↑ Ramsay RR, Gandour RD, van der Leij FR A karnitin transzfer és szállítás molekuláris enzimológiája  //  Biochimica et Biophysica Acta : folyóirat. - 2001. - március ( 1546. évf . , 1. sz.). - P. 21-43 . - doi : 10.1016/S0167-4838(01)00147-9 . — PMID 11257506 .
8. ↑ Hsiao YS, Jogl G., Tong L. Az egér karnitin-acetiltranszferáz kristályszerkezetei háromkomponensű komplexekben szubsztrátjaival  // The  Journal of Biological Chemistry  : folyóirat. - 2006. - szeptember ( 281. évf. , 38. sz.). - P. 28480-28487 . - doi : 10.1074/jbc.M602622200 . — PMID 16870616 .
9. ↑ Cronin CN A karnitin-aciltranszferázok konzervált szerin-treonin-szerin motívuma részt vesz a karnitin megkötésében és az átmeneti állapot stabilizálásában: helyspecifikus mutagenezis vizsgálat   // Biokémiai és biofizikai kutatási kommunikáció : folyóirat. - 1997. - szeptember ( 238. évf . , 3. sz.). - P. 784-789 . - doi : 10.1006/bbrc.1997.7390 . — PMID 9325168 .
10. ↑ Hsiao YS, Jogl G., Tong L. A karnitin-acetiltranszferáz szubsztrátszelektivitásának szerkezeti és biokémiai vizsgálatai  // The  Journal of Biological Chemistry  : folyóirat. - 2004. - július ( 279. évf. , 30. sz.). - P. 31584-31589 . - doi : 10.1074/jbc.M403484200 . — PMID 15155726 .
11. ↑ Saeed A., McMillin JB, Wolkowicz PE, Brouillette WJ A karnitin-aciltranszferáz enzimes katalízishez pozitív töltés szükséges a karnitin-kofaktoron  //  Archives of Biochemistry and Biophysics : folyóirat. - Elsevier , 1993. - szeptember ( 305. kötet , 2. szám ). - P. 307-312 . - doi : 10.1006/abbi.1993.1427 . — PMID 8373168 .
12. ↑ Dall'Acqua W., Carter P. Szubsztráttal segített katalízis  : molekuláris alap és biológiai jelentősége  // Protein Science : folyóirat. - 2000. - január ( 9. köt . 1. sz .). - 1-9 . o . - doi : 10.1110/ps.9.1.1 . — PMID 10739241 .
13. ↑ Brunner S., Kramar K., Denhardt DT, Hofbauer R. Az egér karnitin-acetil-transzferáz klónozása és jellemzése: bizonyíték a sejtciklus progressziója során fennálló követelményre  //  The Biochemical Journal : folyóirat. - 1997. - március ( 322. évf . , 2. sz.). - P. 403-410 . - doi : 10.1042/bj3220403 . — PMID 9065756 .
14. ↑ Anderson RC karnitin-palmitoiltranszferáz: életképes célpont az NIDDM kezelésében? (angol)  // Current Pharmaceutical Design : folyóirat. - 1998. - február ( 4. köt. , 1. sz.). - P. 1-16 . — PMID 10197030 .
15. ↑ 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. Reverzibilis karnitin-palmitoiltranszferáz inhibitorok széles kémiai sokféleséggel, mint potenciális antidiabetikus szerek  //  Journal of Medicinal Chemistry : folyóirat. - 2001. - július ( 44. köt. , 15. sz.). - P. 2383-2386 . - doi : 10.1021/jm010889 . — PMID 11448219 .
16. ↑ Wagman AS, Nuss JM A cukorbetegség kezelésének jelenlegi terápiái és kialakulóban lévő céljai  //  Current Pharmaceutical Design : folyóirat. - 2001. - április ( 7. köt. , 6. sz.). - P. 417-450 . - doi : 10.2174/1381612013397915 . — PMID 11281851 .