| Asetyyli-CoA-karboksylaasi | |
|---|---|
| Tunnisteet | |
| Koodi KF | 6.4.1.2 |
| CAS-numero | 9023-93-2 |
| Entsyymitietokannat | |
| IntEnz | IntEnz-näkymä |
| BRENDA | BRENDA sisääntulo |
| ExPASy | NiceZyme-näkymä |
| MetaCyc | metabolinen reitti |
| KEGG | KEGG-merkintä |
| PRIAM | profiili |
| ATE:n rakenteet | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Geeniontologia | AmiGO • EGO |
| Hae | |
| PMC | artikkeleita |
| PubMed | artikkeleita |
| NCBI | NCBI-proteiinit |
| CAS | 9023-93-2 |
Asetyyli-CoA-karboksylaasi ( ACC ) ( EC-koodi 6.4.1.2 ) on biotiinista riippuvainen entsyymi , joka katalysoi asetyyli-CoA :n palautumatonta karboksylaatiota malonyyli-CoA :n muodostamiseksi kahdesta katalyyttisestä aktiivisuudesta johtuen: biotiinikarboksylaasi (BC) ja karboksyylitransferaasi (CT) ). Useimmissa prokaryooteissa ja useimpien kasvien ja levien kloroplasteissa ACC on entsyymi, jossa on useita alayksiköitä. Useimpien eukaryoottien sytoplasmassa ACC on suuri monidomeenientsyymi. ACC:n tärkein tehtävä on tarjota substraatti malonyyli-CoA:llerasvahappojen biosynteesi [1] ACC-aktiivisuutta voidaan kontrolloida transkription tasolla sekä pienimolekyylisillä modulaattoreilla ja kovalenttisella modifikaatiolla . Ihmisen genomi sisältää geenejä kahdelle eri ACC:lle [2] – ACACA [3] ja ACACB [4] .
Prokaryooteilla ja kasveilla on monialayksikkö ACC, joka koostuu useista polypeptideistä. Biotiinikarboksylaasin (BC), biotiinikarboksyylikantajaproteiinin (BCCP) ja karboksyylitransferaasin (CT) aktiivisuus on keskittynyt kuhunkin yksittäiseen alayksikköön. Näiden ACC- holoentsyymin alayksiköiden stoikiometria vaihtelee eri organismeissa [1] . Ihmiset ja useimmat eukaryootit ovat kehittäneet ACC:n, jossa on CT- ja BC-katalyyttiset domeenit ja BCCP-domeenit yhdessä polypeptidissä. Useimmilla kasveilla on myös tämä homomeerinen muoto sytosolissa [5] . ACC:n toiminnalliset alueet alkaen N-päästä C -päähän ovat biotiinikarboksylaasi (BC), biotiinin sitoutuminen (BB), karboksyylitransferaasi (CT) ja ATP:tä sitova motiivi (AB). AB on BC:n sisällä. Biotiini kiinnittyy kovalenttisesti amidisidoksella BB:ssä olevaan lysiinin pitkään sivuketjuun. Koska BB sijaitsee BC- ja CT-kohtien välissä, biotiini voi helposti siirtyä molempiin aktiivisiin kohtiin tarvittaessa.
Nisäkkäillä, jotka ilmentävät kahta ACC-isoformia, tärkein rakenteellinen ero näiden isoformien välillä on mitokondriaalisen kohdesekvenssin sisältävän ACC2:n pidennetty N-pää [1] .
Polypeptidejä, jotka muodostavat prokaryoottien ja kasvien monialayksikön ACC: t, koodaavat eri geenit. Escherichia colissa accA koodaa asetyyli-CoA-karboksylaasin alfa-alayksikköä [6] ja accD koodaa sen beeta-alayksikköä [7] .
Kokonaisreaktio ACAC (A, B) etenee kaksivaiheisen mekanismin mukaisesti [8] . Ensimmäisen reaktion suorittaa BC, ja se sisältää ATP-riippuvaisen biotiinin karboksyloinnin bikarbonaatilla, joka toimii CO 2 -lähteenä . Karboksyyliryhmä siirtyy biotiinista asetyyli -CoA :ksi malonyyli-CoA:n muodostamiseksi toisessa CT:n katalysoimassa reaktiossa.
Aktiivisessa kohdassa reaktio etenee Glu296-tähteiden ja positiivisesti varautuneiden Arg338:n ja Arg292:n laajalla vuorovaikutuksella substraattien kanssa [9] . Näitä kahta Mg2 + :aa koordinoivat ATP :n fosfaattiryhmät, ja niitä tarvitaan ATP:n sitoutumiseen entsyymiin. Glu296 deprotonoi bikarbonaatin, vaikka tämä protoninsiirto on epätodennäköistä liuoksessa, koska bikarbonaatin pKa on 10,3. Entsyymi näyttää manipuloivan pKa :ta helpottaakseen bikarbonaatin deprotonaatiota. Bikarbonaatin PKa-arvoa pienentää sen vuorovaikutus Arg338:n ja Arg292:n positiivisesti varautuneiden sivuketjujen kanssa. Lisäksi Glu296 voi olla vuorovaikutuksessa Glu211:n sivuketjun kanssa, mikä aiheuttaa pKa:n nousun. Bikarbonaatin deprotonoinnin jälkeen bikarbonaatin happi toimii nukleofiilina ja hyökkää ATP:n gammafosfaattia vastaan. Välituotekarboksifosfaatti hajoaa nopeasti CO 2 :ksi ja PO 4 3- :ksi . PO 4 3- deprotonoi biotiinin muodostaen Arg338-stabiloidun enolaatin , joka myöhemmin hyökkää CO2 : ta vastaan muodostaen karboksibiotiinia. Karboksibiotiini siirtyy karboksyylitransferaasin (CT) aktiiviseen kohtaan, jossa karboksyyliryhmä siirtyy asetyyli-CoA:ksi. Toisin kuin BC-domeeni, CT-reaktion mekanismista tiedetään vähän. Ehdotettu mekanismi on CO 2 :n vapautuminen biotiinista, joka myöhemmin poistaa protonin asetyyli-CoA-karboksylaasin metyyliryhmästä. Tuloksena oleva enolaatti hyökkää CO2 : ta vastaan ja muodostaa malonyyli-CoA:ta. Kilpailevassa mekanismissa protonien irtoaminen koordinoidaan asetyyli-CoA:n hyökkäyksen kanssa.
ACC:n tehtävänä on säädellä rasvahappojen aineenvaihduntaa. Kun entsyymi on aktiivinen, muodostuu malonyyli-CoA-tuote, joka on uusien rasvahappojen rakennuspalikka ja joka voi estää rasva-asyyliryhmän siirtymistä asyyli-CoA:sta karnitiiniin karnitiiniasyylitransferaasin vaikutuksesta , joka estää rasvahappojen beeta-hapetusta. mitokondrioissa . _
Nisäkkäät ilmentävät kahta pääasiallista ACC:n isoformia , ACC1 ja ACC2, jotka eroavat toisistaan sekä kudosjakauman että toiminnan suhteen. ACC1:tä löytyy kaikkien solujen sytoplasmasta , mutta sen pitoisuus on kohonnut lipogeenisissa kudoksissa, kuten rasvakudoksessa ja imettävissä rintarauhasissa , joissa rasvahapposynteesi on tärkeä [10] . Oksidatiivisissa kudoksissa, kuten luustolihaksissa ja sydämessä , ekspressoituneen ACC2:n suhde on suurempi. Sekä ACC1 että ACC2 ilmentyvät voimakkaasti maksassa, jossa sekä hapettuminen että rasvahappojen synteesi ovat tärkeitä [11] . Erot kudosten jakautumisessa osoittavat, että ACC1 ylläpitää rasvahapposynteesin säätelyä, kun taas ACC2 säätelee pääasiassa rasvahappojen hapettumista ( beeta-oksidaatio ).
Nisäkkään ACC:n säätely on monimutkaista, ja se säätelee kahta erillistä malonyyli-CoA-poolia, jotka on kohdistettu joko estämään beeta-oksidaatiota tai aktivoimaan lipidien biosynteesiä [12] .
Nisäkkään ACC1:tä ja ACC2 :ta säätelevät transkriptionaalisesti monet promoottorit , jotka välittävät ACC:n runsautta vasteena solujen ravitsemustilaan. Geeniekspression aktivointi eri promoottoreiden kautta johtaa vaihtoehtoiseen silmukointiin ; spesifisten ACC- isoentsyymien fysiologinen merkitys on kuitenkin edelleen epäselvä [11] . Herkkyys ravitsemukselle johtuu näiden promoottoreiden säätelystä transkriptiotekijöillä , kuten transkriptionaalisesti kontrolloidulla sterolisäätelyelementtiä sitovalla proteiinilla 1, jota säätelee insuliini transkription tasolla, ja ChREBP :llä , jonka ilmentymistä lisää runsas hiilihydraattinen ruokavalio [13] . [14] .
Eteenpäin suuntautuvan silmukan kautta sitraatti aktivoi allosteerisesti ACC :n [15] . Sitraatti voi lisätä ACC- polymerointia entsymaattisen aktiivisuuden lisäämiseksi; ei kuitenkaan ole selvää, onko polymerointi pääasiallinen mekanismi sitraattien lisääntymiselle ACC-aktiivisuudessa vai onko polymerointi in vitro -kokeiden artefakti. Muita allosteerisia aktivaattoreita ovat glutamaatti ja muut dikarboksyylihapot [16] . Pitkäketjuiset ja lyhytketjuiset rasva-asyyli-CoA:t ovat ACC:n negatiivisen palautteen estäjiä [17] .
Fosforylaatiota voi tapahtua, kun hormonit glukagoni tai adrenaliini sitoutuvat solun pintareseptoreihin , mutta pääasiallinen syy fosforylaatioon johtuu AMP -tasojen noususta, kun solun energiatila on alhainen, mikä johtaa AMP-aktivoidun proteiinikinaasin aktivoitumiseen. (AMPK). AMPK on ACC-kinaasin pääsäätelijä , joka pystyy fosforyloimaan useita seriinitähteitä molemmissa ACC - isoformeissa [18] . ACC1:ssä AMPK fosforyloi Ser79:n, Ser1200:n ja Ser1215:n. Proteiinikinaasi A: lla on myös kyky fosforyloida ACC:tä paljon paremmalla kyvyllä fosforyloida ACC2:ta kuin ACC1:tä. Proteiinikinaasi A:n fysiologista merkitystä ACC:n säätelyssä ei kuitenkaan tällä hetkellä tunneta. Tutkijat ehdottavat, että on olemassa muita sen säätelylle tärkeitä ACC-kinaaseja, koska ACC:ssä on monia muita mahdollisia fosforylaatiokohtia [19] .
Kun insuliini sitoutuu solukalvon reseptoreihinsa , se aktivoi fosfataasientsyymin, jota kutsutaan proteiinifosfataasi 2A :ksi (PP2A), defosforyloimaan entsyymin; poistaen siten estävän vaikutuksen. Lisäksi insuliini indusoi fosfodiesteraasia , joka alentaa cAMP -tasoa solussa ja estää siten PKA:ta ja estää myös suoraan AMPK:ta.
Tämä proteiini voi käyttää allosteerisen säätelyn morfiinimallia [20] .
Lipidisynteesin ja hapettumisreittien risteyksessä ACC tarjoaa monia kliinisiä mahdollisuuksia uusien antibioottien tuotantoon ja uusien hoitomuotojen kehittämiseen diabetekseen , liikalihavuuteen ja muihin metabolisen oireyhtymän ilmenemismuotoihin [21] . Tutkijat pyrkivät hyödyntämään bakteerien ja ihmisen ACC:iden välisiä rakenteellisia eroja bakteeri-ACC:ille spesifisten antibioottien suunnittelussa potilaiden sivuvaikutusten minimoimiseksi. Lupaaviin tuloksiin koskien ACC-inhibiittorin käyttökelpoisuutta ovat havainto, että hiirillä, joilla ei ole ACC2:n ilmentymistä, on jatkuvaa rasvahappojen hapettumista, rasvamassaa ja ruumiinpainoa alentuneena lisääntyneestä ravinnonsaannista huolimatta. Nämä hiiret ovat myös suojassa diabetekselta [12] . ACC1-puutos mutanttihiirissä on tappava jo alkiovaiheessa. Ei kuitenkaan tiedetä, pitäisikö ihmisten ACC:hen kohdistuvien lääkkeiden olla spesifisiä ACC2:lle [22] .
Firsokostaatti (aiemmin GS-976, ND-630, NDI-010976) on voimakas allosteerinen ACC-inhibiittori, joka vaikuttaa ACC:n BC-domeeniin [23] . Lääkeyhtiö Gilead kehittää Firsocostatia vuonna 2019 (vaihe II) [24] osana alkoholittoman steatohepatiitin (NASH) yhdistelmähoitoa, jonka uskotaan olevan kasvava syy maksan vajaatoimintaan [25] .
Lisäksi kasviselektiivisiä ACC-estäjiä käytetään laajalti rikkakasvien torjunta -aineina [26] , mikä viittaa kliiniseen käyttöön Apicomplexa -loisia vastaan , jotka riippuvat kasviperäisestä ACC-isoformista [27] , mukaan lukien malaria .
| Entsyymit | |
|---|---|
| Toiminta | |
| Säätö | |
| Luokitus | |
| Tyypit |
|