Karnitiinipalmitoyylitransferaasi I , myös karnitiiniasyylitransferaasi I , karnitiiniasyyli-CoA-transferaasi I tai palmitoyyli-CoA-transferaasi I ( karnitiini palmitoyylitransferaasi I , lyhenne CPT1 ) on mitokondrioentsyymi, yksi karnitiini-O-palmitoyylitransferaasin ( 3.1.EC )2- muodoista . Arkistoitu 5. toukokuuta 2016 Wayback Machinessa ), kuuluu asyylitransferaasiperheeseen [1] . Katalysoi asyyliryhmän (-COR) siirtymistä asyyli-CoA-rasvahappomolekyylistä, jossa on pitkä hiilivetyketju, karnitiinimolekyyliin , jolloin muodostuu asyylikarnitiinia ja vapaata koentsyymi A -molekyyliä . Usein reaktion tuote on palmitoyylikarnitiini (tästä entsyymin nimi), mutta myös muut rasvahappojäännökset (asyyliryhmät – COR) voivat toimia substraattina [2] [3] . Yksi useista karnitiinin kuljetusjärjestelmän entsyymeistä . Tätä entsyymiä koodaava geeni sijaitsee 11. kromosomissa - CPT1A Arkistoitu 10. syyskuuta 2016 Wayback Machinessa .
Entsyymillä on 3 isoformia: CPT1A, CPT1B ja CPT1C. CPT1 liittyy mitokondrioiden ulkokalvoon. Tämän entsyymin aktiivisuutta voidaan vähentää malonyyli-CoA:lla (joka on estäjä), joka on rasvahappojen biosynteesiin osallistuva metaboliitti. Karnitiinipalmitoyylitransferaasi I:llä on tärkeä rooli erilaisissa aineenvaihduntahäiriöissä, kuten esimerkiksi diabeteksessa . Kiteen rakennetta ei kuitenkaan vielä tunneta, minkä vuoksi sen tarkkaa vaikutusmekanismia ei tunneta.
CPT1 viittaa kiinteään kalvoproteiiniin , joka liittyy ulompaan mitokondriokalvoon peptidiketjun transmembraanialueiden kautta. Sekä terminaaliset N- että C-domeenit sijaitsevat kalvon sytoplasmisella puolella [4] .
Kaikki kolme entsyymin isoformia löytyvät nisäkkäiden kudoksista. Maksan isoformi (CPT1A tai CPTI-L) sijaitsee kaikkien kehon solujen mitokondrioissa, lukuun ottamatta luurankolihassoluja ja ruskeita rasvakudossoluja [5] [6] . Lihaksen isoformi (CPT1B tai CPTI-M) on voimakkaasti ilmentyvä proteiini, jota tuotetaan sydämen sydänlihassoluissa, luustolihassoluissa (lihassoluissa) ja ruskeissa rasvakudossoluissa [4] [5] [6] . Kolmas isoformi, aivot (CPT1C), eristettiin vuonna 2002, ja se sijaitsee pääasiassa aivoissa ja kiveksissä . Tästä lomakkeesta tiedetään vähän [7] [8] .
Kaikkien CPT1-isoformien tarkkaa rakennetta ei ole vielä määritetty, vaikka in silico -malleja on luotu läheisesti sukulaisten CPT1-entsyymien - asyylikarnitiinitransferaasien, kuten karnitiiniasetyylitransferaasin (CRAT) perusteella [9] .
Tärkeä rakenteellinen ero CPT1:n ja CPT2:n, CRAT:n ja karnitiinioktanoyylitransferaasin (COT) välillä on, että CPT1 sisältää ylimääräisen domeenin N-päässä noin 160 aminohappoa . Havaittiin, että tämä N-terminaalinen lisädomeeni on tärkeä avainentsyymi-inhibiittorimolekyylille, malonyyli-CoA:lle [10] .
CPT1A:ssa ja CPT1B:ssä on ehdotettu kahta erilaista sitoutumiskohtaa. A-kohta tai CoA -kohta näyttää sitovan sekä malonyyli-CoA:ta että palmitoyyli-CoA:ta sekä muita koentsyymi A:ta sisältäviä molekyylejä. Entsyymin uskotaan sitovan näitä molekyylejä vuorovaikutuksen kautta koentsyymiosan kanssa. On ehdotettu, että malonyyli-CoA voi toimia CPT1A:n kilpailevana estäjänä tässä kohdassa. Toisessa, O-kohdassa , uskotaan, että malonyyli-CoA sitoutuu paljon tiukemmin kuin A-kohdassa . Toisin kuin A -kohta , O-kohta sitoutuu malonyyli-CoA:han malonaattidikarbonyyliryhmän kautta [11] . Malonyyli-CoA:n sitoutuminen entsyymiin A- ja O -kohtien kautta estää CPT1A:n toimintaa eliminoimalla entsyymin karnitiinin sitoutumisen.
Koska entsyymin kiderakenteesta ei ole tietoa, CPT1-katalyysin tarkkaa mekanismia ei vielä tunneta. Pari erilaista mahdollista mekanismia CPT1:lle on oletettu, joihin molempiin liittyy histidiinitähde , His473 , joka toimii keskeisenä katalyyttikohtana. Yksi tällainen mekanismi perustuu alla esitettyyn karnitiiniasetyylitransferaasimalliin, jossa His473-tähde deprotonoi karnitiinin, kun taas viereinen seriinitähde stabiloi oksianionin tetraedristä välituotetta .
Toinen mekanismi perustuu oletukseen, että on olemassa ns. katalyyttinen triadi, joka koostuu aminohappotähteistä Cys-305 , His-473 ja Asp-454 , jotka suorittavat katalyyttisen asyylin siirtoa [12] . Tämä katalyyttinen mekanismi käsittää kovalenttisen tioasyylientsyymivälituotteen muodostumisen Cys-305:n kanssa.
Karnitiinipalmitoyylitransferaasijärjestelmä on tärkeä vaihe pitkäketjuisten rasvahappojen beetahapetuksessa . Pitkäketjuiset rasvahapot, kuten palmitoyyli-CoA, toisin kuin lyhyt- ja keskipitkäketjuiset rasvahapot, eivät voi diffundoitua vapaasti mitokondrioiden sisäisen kalvon läpi (se on läpäisemätön), tätä siirtymää varten on karnitiinisukkula , joka kuljettaa ne matriisiin [13] .
Karnitiinipalmitoyylitransferaasi I on järjestelmän ensimmäinen komponentti ja karnitiinin kuljetusjärjestelmän nopeutta rajoittava kemiallinen reaktio , joka katalysoi asyyliryhmän siirtymistä koentsyymistä A karnitiiniin palmitoyylikarnitiinin muodostuessa. Translokaasin ( karnitiini-asyylikarnitiinitranslokaasi , CACT) avulla palmitoyylikarnitiini siirtyy helpotetun diffuusion ( antiportin ) kautta sisäisen mitokondriokalvon kautta matriisiin.
Asyyliryhmän akseptorina toimimalla karnitiinilla voi myös olla rooli solunsisäisen koentsyymi A -poolin: asyyli-CoA/CoA-suhteen säätelyssä [14] .
Malonyyli-CoA estää CPT1:tä, vaikka tarkkaa eston mekanismia ei tunneta. Luustolihaksen ja sydänlihaksen isoformin CPT1 (CPT1B) on osoitettu olevan 30-100 kertaa herkempi malonyyli-CoA:n estämiselle kuin analoginen CPT1A-isoformi. Tämä esto on hyvä kohde tuleville yrityksille säädellä CPT1:tä aineenvaihduntahäiriöiden hoidossa [15] .
Asetyyli-CoA-karboksylaasi (ACC), entsyymi, joka katalysoi malonyyli-CoA:n muodostumista asetyyli-CoA:sta, on tärkeä rooli rasvahappojen aineenvaihdunnan säätelyssä . Tutkijat osoittivat, että ACC2 - poistohiiret johtivat rasvan ja painon laskuun verrattuna villityypin hiiriin. Tämä on seurausta vähentyneestä ACC-aktiivisuudesta, joka aiheuttaa myöhemmin malonyyli-CoA-pitoisuuksien laskun. Nämä alentuneet malonyyli-CoA-tasot puolestaan estävät CPT1:n eston, mikä johtaa vähäiseen rasvahappojen hapettumisen lisääntymiseen [16] . Koska sydän- ja luustolihassoluilla on alhainen kyky syntetisoida rasvahappoja, ACC voi toimia pelkästään säätelyentsyyminä näissä soluissa.
Ihmisillä on kuvattu vain "CPT1A"-puutos (karnitiinipalmitoyylitransferaasi I -puutos) [17] . Tämä on harvinainen sairaus, jolle on tunnusomaista suuri hypoketonyymisen hypoglykemian, kohtausten, hepaattisen enkefalopatian ja vastasyntyneiden äkillisen lapsen kuoleman riski [18] .
CPT1 liittyy myös tyypin 2 diabetekseen ja insuliiniresistenssiin .
Euroopan multippeliskleroosin hoito- ja tutkimuskomitean (ECTRIMS) vuoden 2015 kongressissa esitelty uusi tutkimus viittaa siihen, että CPT1:llä voi olla myös rooli multippeliskleroosin (MS) patologiassa [19] . Tutkijat havaitsivat, että CPT1-geenin mutaatiot näyttävät suojaavan multippeliskleroosilta tietyissä populaatioissa. Tämä hypoteesi on, että lipidiaineenvaihdunnan lisääntyminen voi johtaa hermosolujen demyelinisaatioon ( myeliinin tuhoutuminen ), mikä mahdollistaa autoimmuunihyökkäyksen hermosoluja vastaan. John Dirk Nyland PhD ja kollegat Aalborgin yliopistosta Tanskasta ovat toimittaneet tietoja, jotka osoittavat, että MS-taudin eläinmalleissa CPT1:tä estää etomoksiri-niminen molekyyli, mikä todennäköisimmin lievittää taudin oireita [20] . Tutkijat etsivät parhaillaan tukea sairaiden ihmisten kliiniseen tutkimukseen.
CPT1:n tiedetään olevan vuorovaikutuksessa erilaisten proteiinien kanssa, mukaan lukien NDUF -perheen proteiinit , PKC1 ja ENO1 [21] .
Knockout CPT1A shRNA - kirjastoseulonnalla estää HIV-1 :n replikaatiota viljellyissä Jurkat T-soluissa [22] .