Karnitiini-O-asetyylitransferaasi

Karnitiini-O-asetyylitransferaasi , myös karnitiiniasetyylitransferaasi , lyhenne. CAT ( karnitiini O-asetyylitransferaasi , lyhenne CRAT  ) [ 1] ( EC 2.3.1.7 arkistoitu 14. joulukuuta 2016 Wayback Machinessa ) on asyylitransferaasien ryhmään kuuluva entsyymi, joka katalysoi asetyyliryhmän (CH 3 -CO ) siirtymistä. ) asetyylimolekyylistä -CoA substraattimolekyyliin - karnitiiniin ja päinvastoin, kun substraatti on jo koentsyymi A , yhtälön mukaan:

asetyyli-CoA + karnitiini CoA-SH + O-asetyylikarnitiini [2] .

Reaktiotuotteet ovat asetyylikarnitiini ja koentsyymi A (CoA-SH), vastaavasti.

Tätä CRAT- entsyymiä koodaava geeni Arkistoitu 10. syyskuuta 2016 Wayback Machinessa on lokalisoitu 9. kromosomiin .

CRAT- mRNA :n erilaisten subsellulaaristen lokalisaatioiden uskotaan olevan tulosta tätä entsyymiä koodaavan geenin vaihtoehtoisesta silmukoitumisesta . Vaihtoehtoinen silmukointi johtaa kolmen isoformin muodostumiseen, joista yksi sisältää N-terminaalisen signaalin kuljetettavaksi mitokondrioihin ja on havaintojen mukaan paikantunut sinne [3] .

Nimikkeistö

Tämä entsyymi kuuluu asyylitransferaasien perheeseen, joka katalysoi asetyyliryhmän siirtymistä asetyyli-CoA-molekyylistä substraattimolekyyliin, karnitiiniin ja päinvastoin. Entsyymin systemaattinen nimi on karnitiini-O-asetyylitransferaasi. Entsyymin muut nimet: asetyyli-CoA-karnitiinitransferaasi, karnitiini-asetyyli-CoA-transferaasi, asetyylikarnitiinitransferaasi jne.

Rakenne

Karnitiiniasetyylitransferaasin molekyylipaino on 70 kDa ja se sisältää noin 600 aminohappotähdettä . CRAT koostuu kahdesta domeenista, N-domeenista ja C-domeenista, jotka koostuvat 20 a-heliksistä ja 16 β-juosteesta. N-domeeni koostuu kahdeksansäikeisestä β-levystä, jota reunustavat 8 a-heliksiä. 6 sekoitettua β-juostetta ja 11 α-heliksiä muodostavat C-domeenin.

Jos vertaamme entsyymin kahden domeenin ytimien (ytimen) rakennetta, niin peptidirungon laskostumisessa on merkittävä samankaltaisuus , ja tämä johtuu siitä, että vain 4 % aminohapoista, jotka muodostavat ylöspäin nämä peptidirungot vastaavat toisiaan, ts. niillä on sama järjestys [1] .

Aktiivinen keskus

CRAT-katalyyttisen keskuksen toiminnon suorittaa histidiinitähde , His343 [4] . Se sijaitsee C- ja N-domeenien risteyksessä, melkein CRAT:n keskellä. His343 :n sivuketju sijaitsee epätasaisesti, histidiinirenkaan typpiatomi δ 1 on yhdistetty vetysidoksella aminohapporungon karbonyylihappeen [1] [5] [6] .

CoA Binding Center

Koska CRAT sitoo CoA:ta eikä asetyyli-CoA:ta, voidaan päätellä, että CRAT pystyy hydrolysoimaan asetyyli-CoA:ta ennen kuin se on vuorovaikutuksessa vapaan koentsyymi A -molekyylin kanssa sitoutumiskohdassa. CoA sitoutuu aktiiviseen kohtaan lineaarisessa konformaatiossa, pantoteeniseen käsivarteen (molekyylin terminaalinen osa). Terminaalinen SH-tioliryhmä ns. pantoteenivarressa ja His343 :n katalyyttisen keskuksen sivuketjun ε 2 typpiatomi muodostavat vetysidoksen . Sidostumista tapahtuu myös CoA:n 3'-fosfaattiryhmän ja aminohappotähteiden Lys419 ja Lys423 välillä . Lisäksi sitoutumiskohdassa Asp430- ja Glu453-tähteet muodostavat vetysidoksen toistensa kanssa. Jos jokin aminohappotähteistä korvataan mutaation seurauksena , tämä voi johtaa CRAT-aktiivisuuden laskuun [7] [8] .

Karnitiinisidontakeskus

Entsyymi sitoo karnitiinia osittain laskostuneessa muodossa, sen funktionaaliset ryhmät (hydroksyyli ja karboksyyli) suuntautuvat eri suuntiin. Itse sitoutumiskohta koostuu C-domeenin β-arkista ja erityisesti N-domeenin aminohappotähteistä.Sitoutumisen jälkeen karnitiinin pinta jää avoimeksi avaruudessa entsyymin ulkopuolella. Kuten koentsyymi A, karnitiini muodostaa vetysidoksen His343-tähteen ε 2 -typpiatomin kanssa . Karnitiinin tapauksessa sidos muodostuu 3 - hydroksyyliryhmän (3-OH) kanssa. Tämän entsyymin katalyysi on stereospesifistä karnitiinille, koska 3-OH-ryhmän stereoisomeeri ei voi olla täysin vuorovaikutuksessa CRAT:n karnitiinin sitoutumiskohdan kanssa. Entsyymi itsessään käy läpi pieniä konformaatiomuutoksia sitoutuessaan karnitiiniin [1] [9] [10] .

Toiminnot

Entsyymin aktiivisen keskuksen His343 -aminohappotähde pystyy katalysoimaan karnitiinin asetylaatioreaktiota deprotonoimalla terminaalisen (terminaalisen) koentsyymi A:n SH-tioliryhmän tai karnitiinin 3-OH-hydroksyyliryhmän, riippuen karnitiinin suunnasta. reaktiota. CRAT-rakenne optimoi tällaiset reaktiot muodostamalla suoria vetysidoksia His343- tähteen ja molempien substraattien (koentsyymi A ja karnitiini) välille. Sen jälkeen deprotonoitu ryhmä voi hyökätä vapaasti CoA:n asetyyliryhmään tai asetyylikarnitiinin COOH-ryhmään. Reaktio etenee suoraan, ilman His343- asetyylivälituotteen (välituote) muodostumista.

Hydrolyysi

On täysin mahdollista, että katalyysi voi edetä vain toisella kahdesta substraatista. Jos mikä tahansa asetyyli-CoA- molekyyli tai asetyylikarnitiini sitoutuu CRAT:iin, vesimolekyylit voivat miehittää muita sitoutumiskohtia sekä vastaanottajan asetyyliryhmän (CH 3 -CO).

Substraatti-apukatalyysi

On olemassa kirjallisuustietoja, jotka osoittavat, että karnitiinin -N + -(CH3 ) 3 - trimetyyliammoniumryhmä voi olla ratkaiseva tekijä CRAT-katalyysissä. Trimetyyliammoniumryhmällä on positiivinen varaus, joka stabiloi oksianionia välituotteen (välituoteyhdisteen) saamisreaktiossa. Tätä ajatusta tukee se tosiasia, että karnitiinin positiivinen varaus ei ole välttämätön aktiiviselle sitoutumiselle, mutta se on elintärkeä katalyysin jatkamiselle. Tämä on todistettu sellaisen karnitiinianalogin katalyysissä, josta puuttuu trimetyyliammoniumryhmä. Tällainen yhdiste pystyi kilpailemaan karnitiinin kanssa ja sitoutumaan CRAT:iin, mutta se ei kuitenkaan onnistunut saamaan aikaan reaktiota [11] . Substraattiavusteisen katalyysin tulo avaa uusia strategioita synteettisen substraattispesifisyyden lisäämiseksi [12] .

Biologiset toiminnot

Karnitiiniasetyylitransferaasi osallistuu alaniinin ja aspartaatin metaboliaan . On näyttöä siitä, että CRAT-aktiivisuutta tarvitaan solusyklin siirtymisen suorittamiseksi G1 - vaiheesta S-vaiheeseen [13] .

Lääketieteellinen merkitys

Niillä, jotka perivät CRAT-aktiivisuuden puutteen, on lisääntynyt riski sairastua vakaviin sydän- ja neurologisiin sairauksiin [1] .

Alzheimerin taudista kärsivillä henkilöillä havaitaan entsyymiaktiivisuuden laskua [1] .

CRAT:lla ja sen entsyymiperheellä on suuri potentiaali tyypin 2 diabeteksen ja muiden sairauksien terapeuttisten hoitojen kehittämiskohteina [14] [15] [16] .

Vuorovaikutuksia muiden proteiinien kanssa

Tiedetään, että CRAT on vuorovaikutuksessa NEDD8- , PEX5- ja SUMO1 -proteiinien kanssa [3] .

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Jogl G., Tong L. Karnitiiniasetyylitransferaasin kiderakenne ja vaikutukset katalyyttiseen mekanismiin ja rasvahappojen kuljetukseen  // Cell  :  Journal. - Cell Press , 2003. - tammikuu ( osa 112 , nro 1 ). - s. 113-122 . - doi : 10.1016/S0092-8674(02)01228-X . — PMID 12526798 .
2. ↑ Bieber LL Carnitine  //  Annual Review of Biochemistry : päiväkirja. - 1988. - Voi. 57 . - s. 261-283 . - doi : 10.1146/annurev.bi.57.070188.001401 . — PMID 3052273 .
3. ↑ 1 2 Entrez-geeni: CRAT-karnitiiniasetyylitransferaasi . (määrätön)
4. ↑ McGarry JD, Brown NF Mitokondrioiden karnitiinipalmitoyylitransferaasijärjestelmä. Konseptista molekyylianalyysiin  (eng.)  // European Journal of Biochemistry / FEBS : päiväkirja. - 1997. - Helmikuu ( osa 244 , nro 1 ) . - s. 1-14 . - doi : 10.1111/j.1432-1033.1997.00001.x . — PMID 9063439 .
5. ↑ Jogl G., Hsiao YS, Tong L. Karnitiiniasyylitransferaasien rakenne ja toiminta  //  Annals of the New York Academy of Sciences : päiväkirja. - 2004. - marraskuu ( nide 1033 ). - s. 17-29 . - doi : 10.1196/annals.1320.002 . — PMID 15591000 .
6. ↑ Wu D., Govindasamy L., Lian W., Gu Y., Kukar T., Agbandje-McKenna M., McKenna R. Ihmisen karnitiiniasetyylitransferaasin rakenne. Rasva-asyylinsiirron molekyyliperusta  (englanniksi)  // The Journal of Biological Chemistry  : Journal. - 2003. - huhtikuu ( nide 278 , nro 15 ). - P. 13159-13165 . - doi : 10.1074/jbc.M212356200 . — PMID 12562770 .
7. ↑ Ramsay RR, Gandour RD, van der Leij FR Karnitiinin siirron ja kuljetuksen molekyylientsymologia  //  Biochimica et Biophysica Acta : päiväkirja. - 2001. - maaliskuu ( nide 1546 , nro 1 ). - s. 21-43 . - doi : 10.1016/S0167-4838(01)00147-9 . — PMID 11257506 .
8. ↑ Hsiao YS, Jogl G., Tong L. Hiiren karnitiiniasetyylitransferaasin kiderakenteet kolmikomponenttisissa komplekseissa sen substraattien kanssa  // The  Journal of Biological Chemistry  : Journal. - 2006. - syyskuu ( osa 281 , nro 38 ). - P. 28480-28487 . - doi : 10.1074/jbc.M602622200 . — PMID 16870616 .
9. ↑ Cronin CN Karnitiinin asyylitransferaasien konservoitunut seriini-treoniini-seriini-motiivi osallistuu karnitiinin sitoutumiseen ja siirtymätilan stabilointiin: kohdennettu mutageneesitutkimus   // Biochemical and Biophysical Research Communications : päiväkirja. - 1997. - syyskuu ( nide 238 , nro 3 ). - s. 784-789 . - doi : 10.1006/bbrc.1997.7390 . — PMID 9325168 .
10. ↑ Hsiao YS, Jogl G., Tong L. Karnitiiniasetyylitransferaasin substraattiselektiivisyyden rakenne- ja biokemialliset tutkimukset  // The  Journal of Biological Chemistry  : Journal. - 2004. - Heinäkuu ( osa 279 , nro 30 ). - P. 31584-31589 . - doi : 10.1074/jbc.M403484200 . — PMID 15155726 .
11. ↑ Saeed A., McMillin JB, Wolkowicz PE, Brouillette WJ Karnitiiniasyylitransferaasin entsyymikatalyysi vaatii positiivisen varauksen karnitiinikofaktorissa  // Biochemistry and Biophysicsin  arkisto : päiväkirja. - Elsevier , 1993. - Syyskuu ( nide 305 , nro 2 ). - s. 307-312 . - doi : 10.1006/abbi.1993.1427 . — PMID 8373168 .
12. ↑ Dall'Acqua W., Carter P. Substraattiavusteinen katalyysi  : molekyyliperusta ja biologinen merkitys  // Protein Science : päiväkirja. - 2000. - tammikuu ( osa 9 , nro 1 ) . - s. 1-9 . - doi : 10.1110/ps.9.1.1 . — PMID 10739241 .
13. ↑ Brunner S., Kramar K., Denhardt DT, Hofbauer R. Hiiren karnitiiniasetyylitransferaasin kloonaus ja karakterisointi: todisteet tarpeesta solusyklin etenemisen aikana  //  The Biochemical Journal : päiväkirja. - 1997. - maaliskuu ( osa 322 , nro 2 ) . - s. 403-410 . - doi : 10.1042/bj3220403 . — PMID 9065756 .
14. ↑ Anderson RC karnitiinipalmitoyylitransferaasi: elinkelpoinen kohde NIDDM:n hoidossa? (englanti)  // Current Pharmaceutical Design : päiväkirja. - 1998. - Helmikuu ( osa 4 , nro 1 ). - s. 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. Reversiibelit karnitiinipalmitoyylitransferaasi-inhibiittorit, joilla on laaja kemiallinen monimuotoisuus mahdollisina diabeteslääkkeinä  //  Journal of Medicinal Chemistry : päiväkirja. - 2001. - heinäkuu ( osa 44 , nro 15 ). - P. 2383-2386 . - doi : 10.1021/jm010889 . — PMID 11448219 .
16. ↑ Wagman AS, Nuss JM Nykyiset hoidot ja nousevat tavoitteet diabeteksen hoitoon  //  Current Pharmaceutical Design : päiväkirja. - 2001. - huhtikuu ( osa 7 , nro 6 ). - s. 417-450 . - doi : 10.2174/1381612013397915 . — PMID 11281851 .