WikiSort.ru - Не сортированное

ПОИСК ПО САЙТУ | о проекте

Ацил-КоА-дегидрогеназы, также ACADs (сокр. от англ. Acyl-CoA dehydrogenases, КФ 1.3.99.3) — группа ферментов из класса оксидоредуктаз, которые катализируют реакции переноса протона (дегидрогенизация) от субстрата — ацил-КоА жирной кислоты на электрон-переносящий флавопротеин (FAD), участвуют в процессе β-окисления. Результатом реакции является образование двойной связи расположенной между атомами С2 (α) и С3 (β) в молекуле тиоэфира субстрата (ацил-КоА)[1].

Флавопротеин в данном случае молекула FAD является простетической группой.

Ферменты катализируют реакции β-окисления жирных кислот, протекающие по следующей схеме:

или Ацил-КоА + FAD → транс-2,3-дегидроацил-КоА + FADH2

Образовавшийся продукт реакции тиоэфир ненасыщенной жирной кислоты (транс-Δ2-еноил-КоА) имеет двойную связь в транс-положении.

ACADs могут быть разделены на три группы в зависимости от их специфики для коротко-, средне- и длинноцепочечных ацил-КоА жирных кислот. Несмотря на различия длины цепей субстрата, все виды ACADs механистически подобны. Различия в ферментах происходит на основе расположения активного центра в аминокислотной последовательности[2].

Ферменты ACADs идентифицированы у многих животных (9 важнейших ферментов), а том числе нематод[3], а также у растений[4], грибов[5] и бактерий[6]. Пять из этих девяти ферментов участвуют в β-окислении жирных кислот (SCAD, MCAD, LCAD, VLCAD, и VLCAD2), а остальные четыре участвуют в метаболизме аминокислот с разветвлённой цепью (i3VD, i2VD, GD и iBD). Большинство ацил-КоА-дегидрогеназ являются α4-гомотетрамерами, а в двух случаях (для очень длинноцепочечных жирных кислотных субстратов) они являются α2-гомодимерами. Был обнаружен дополнительный класс ацил-КoA-дегидрогеназ, который катализирует реакции α,β-ненасыщенности с стероил-КoA-тиоэфирами в некоторых типах бактерий[7][8]. Было продемонстрировано, что этот класс ACAD образует гетеротетрамеры α2β2, а не обычный гомотетрамер α4, белковая архитектура, которая развилась для того, чтобы разместить гораздо больший стероил-КoA-субстрат[9][10].

Структура

Структура Ацил-КоА-дегидрогеназы жирных кислот со средней длиной цепи (MCAD) в виде тетрамера. Молекула FAD показана жёлтым цветом


Наиболее изученной структурой среди ферментов данной группы является структура Ацил-КоА-дегидрогеназы жирных кислот со средней цепью (MCAD, КФ 1.3.8.7). Она представлена в виде тетрамера, в каждой субъединице которой содержится по 400 аминокислотных остатков и 1 молекула FAD на один мономер. Тетрамер классифицируют как «димер димера», имеющий общий диаметр в 90 Å.

Простетическая группа — FAD связывается с тремя доменами мономера, где вносит существенный вклад в общую стабильность фермента. Ацил-КоА жирных кислот полностью связывается с каждым мономером фермента. Активный центр выровнен аминокислотными остатками F252, T255, V259, T96, T99, A100, L103, Y375, Y375 и E376.


MCAD может связываться с довольно широким спектром длины цепей субстратов — ацил-КоА жирных кислот, однако исследования показывают, что наиболее специфичной целью для связывания является октаноил-КоА (С8-КоА)[11].

Механизм катализа

Общий механизм катализа ацил-КоА-дегидрогеназы.

Механизм катализа основывается на реакциях элиминирования E2 (отщепления) двух протонов от субстрата и, последующим их переносом на FAD. Отщепление протонов инициируется остатком глутамата, который, хоть и необходим для механизма протекания реакции, не сохраняется[1].

Остаток глутамата может появляться в самых различных местах в различных видах ацил-КоА-дегидрогеназ (например, для MCAD это Glu-376). Он депротонирует (отщепляет) про-R водород у атома углерода в положении α (C2) в молекуле ацил-КоА. Водородные связи карбонильного кислорода субстрата для обоих 2'-ОН групп рибитола в боковой цепи FAD и основной цепи N—H из ранее упомянутого остатка глутамата снижают рKа (константу кислотности) этого протона, что позволяет ему быстро быть удалённым с субстрата при помощи Glu-376[1].

По мере того как происходит депротонирование альфа-углерода (С2), про-R водород бета-углерода (С3) покидает молекулу субстрата и тот, уже как гидрид анион движется к FAD в согласованной стадии. Протон присоединяется к Re стороне FAD в положении N-5, при этом фермент удерживает FAD на месте посредством водородных связей с участком пиримидина и гидрофобных взаимодействий с диметилбензоловой частью. Субстрат теперь превращается в a,β-ненасыщенные тиоэфир[1].

Как только FAD принимает гидрид анион, атом карбонильного кислорода, прилегающий к атому азота в положении N-1 становится отрицательно заряженным. Эти электроны находятся в резонансе с N-1 атомом азота, которые распространяют и стабилизируют в результирующий отрицательный заряд. Заряд также стабилизируется водородной связью между атомами кислорода и азота и различными аминокислотными остатками активного центра фермента[1].

Крупным планом показан участок активного центра ацил-КоА-дегидрогеназы со средней длиной цепи (MCAD). Молекула FAD связана. Субстрат начнёт связываться в пространстве между Glu-376 и FAD , когда произойдёт активация процесса β-окисления жирных кислот.

Дефицитные состояния, связанные с метаболическими нарушениями человека

Дефицитные состояния ацил-КоА-дегидрогеназ приводят к замедлению процессов β-окисления жирных кислот, тем самым показывая, метаболические нарушения. Наиболее частыми являются генетические нарушения такими, как дефицит ацил-КоА-дегидрогеназ жирных кислот со средней длиной цепи (MCADD, сокр. от англ. Medium-chain acyl-CoA dehydrogenase deficiencies) аутосомно-рецессивное заболевание, приводящее к летальным состояниям организма. Некоторые симптомы, характеризующие MCADD: приступы рвоты, гипогликемия и синдром внезапной младенческой смерти (развивается на фоне обильной утилизации глюкозы) и другие. Все эти симптомы непосредственно связаны с накоплением жирных кислот средней цепи (особенно каприловой) и их производных в крови и вторичным дефицитом карнитина. Это приводит к закислению и понижению pH крови и, как следствие, к ацидозу[1][12]. Большую опасность эти проявления MCADD представляют у новорождённых детей, среди них наблюдается самая высокая летальность (до 60%)[12].

Причиной МСАDD является мутация гена ACADM. Примерно в 90% случаев она проявляется в замене лизина в позиции 304 (Lys-304) на глутамат, тем самым лишает фермент нормального функционирования. Мутация выявляется у 1 из 20000 новорождённых каждый год. Так как MCADD относится к рецессивным мутациям, то часто родители детей, которые страдают от дефицита могут быть потом диагностированы как носители[13].

Молекулярные основы мутации

В организме человека наиболее распространённые естественные мутации в MCAD происходят по аминокислотному остатку лизина в позиции 304 (Lys-304). В результате точечных мутаций в боковой цепи происходит замена лизина на остаток глутамата. Lys-304, как правило, взаимодействует с окружающими аминокислотными остатками, образуя водородные связи с Gln-342, Asp-300 и Asp-346. Когда происходит мутация и место лизина занимает глутамат, то он вызывает негативное проявление — дополнительный отрицательный заряд (вследствие наличия у последнего двух карбоксильных групп) внедряется на той стороне, где образуется водородная связь, разрушая её. Такое нарушение изменяет складчатую структуру фермента, в конечном счёте, ставя под угрозу его стабильность и подавляя его главную функцию — окисление жирных кислот. Эффективность мутировавшего белка примерно в 10 раз ниже, чем у нативного белка. Это приводит к симптомам MCADD[14].

См. также

Примечания

  1. 1 2 3 4 5 6 Thorpe C, Kim JJ (June 1995). “Structure and mechanism of action of the acyl-CoA dehydrogenases”. FASEB J. 9 (9): 718—25. PMID 7601336.
  2. ↑ Kim JJ, Wang M, Paschke R (August 1993). “Crystal structures of medium-chain acyl-CoA dehydrogenase from pig liver mitochondria with and without substrate”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 90 (16): 7523—7. DOI:10.1073/pnas.90.16.7523. PMC 47174. PMID 8356049.
  3. ↑ Komuniecki R., Fekete S., Thissen-Parra J. (1985). “Purification and characterization of the 2‐methyl branched‐chain Acyl-CoA dehydrogenase, an enzyme involved in NADH-dependent enoyl-CoA reduction in anaerobic mitochondria of the nematode, Ascaris suum”. J Biol Chem. 260: 4770—4777. PMID 3988734.
  4. ↑ Bode, K.; Hooks, M.A.; Couee, I. (1999). “Identification, separation, and characterization of acyl-coenzyme A dehydrogenases involved in mitochondrial β-oxidation in higher plants”. Plant Physiol. 119: 1305—1314. DOI:10.1104/pp.119.4.1305.
  5. ↑ Kionka, C.; Kunau, W.H. (1985). “Inducible β-oxidation pathway in Neurospora crassa”. J Bacteriol. 161: 153—157.
  6. ↑ Campbell, J.W.; Cronan, J.E. Jr. (2002). “The enigmatic Escherichia coli fadE gene is yafH”. J. Bacteriol. 184 (13): 3759—64. DOI:10.1128/JB.184.13.3759-3764.2002.
  7. ↑ Thomas, S.T.; Sampson, N.S. (2013). “Mycobacterium tuberculosis utilizes a unique heterotetrameric structure for dehydrogenation of the cholesterol side chain”. Biochemistry. 52 (17): 2895—2904. DOI:10.1021/bi4002979. PMC 3726044. PMID 23560677.
  8. ↑ Wipperman, M.F.; Yang, M.; Thomas, S.T.; Sampson, N.S. (2013). “Shrinking the FadE Proteome of Mycobacterium tuberculosis: Insights into Cholesterol Metabolism through Identification of an α2β2 Heterotetrameric Acyl Coenzyme A Dehydrogenase Family”. J. Bacteriol. 195 (19): 4331—4341. DOI:10.1128/JB.00502-13. PMC 3807453. PMID 23836861.
  9. ↑ Voskuil, M.I. (2013). “Mycobacterium tuberculosis Cholesterol Catabolism Requires a New Class of Acyl Coenzyme A Dehydrogenase”. J. Bacteriol. 195 (19): 4319—4321. DOI:10.1128/JB.00867-13. PMC 3807469. PMID 23893117.
  10. ↑ Wipperman, Matthew, F.; Thomas, Suzanne, T.; Sampson, Nicole, S. (2014). “Pathogen roid rage: Cholesterol utilization by Mycobacterium tuberculosis”. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 49 (4): 269—93. DOI:10.3109/10409238.2014.895700. PMID 24611808.
  11. ↑ Kieweg V, Kräutle FG, Nandy A; et al. (June 1997). “Biochemical characterization of purified, human recombinant Lys304→Glu medium-chain acyl-CoA dehydrogenase containing the common disease-causing mutation and comparison with the normal enzyme”. Eur. J. Biochem. 246 (2): 548—56. DOI:10.1111/j.1432-1033.1997.00548.x. PMID 9208949.
  12. 1 2 Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера. — М.: БИНОМ, 2011. — Т. II.
  13. ↑ Touma EH, Charpentier C (January 1992). “Medium chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency”. Arch. Dis. Child. 67 (1): 142—5. DOI:10.1136/adc.67.1.142. PMC 1793557. PMID 1739332.
  14. ↑ Nasser I, Mohsen AW, Jelesarov I, Vockley J, Macheroux P, Ghisla S (September 2004). “Thermal unfolding of medium-chain acyl-CoA dehydrogenase and iso(3)valeryl-CoA dehydrogenase: study of the effect of genetic defects on enzyme stability”. Biochim. Biophys. Acta. 1690 (1): 22—32. DOI:10.1016/j.bbadis.2004.04.008. PMID 15337167.

Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".

Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.

Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .



Текст в блоке "Читать" взят с сайта "Википедия" и доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия.

Другой контент может иметь иную лицензию. Перед использованием материалов сайта WikiSort.ru внимательно изучите правила лицензирования конкретных элементов наполнения сайта.

2019-2024
WikiSort.ru - проект по пересортировке и дополнению контента Википедии