Глутарил-КоА-дегидрогеназа ( GCDH ) — фермент, кодируемый геном GCDH на хромосоме 19. Белок принадлежит к семейству ацил-КоА-дегидрогеназ (ACD). Он катализирует окислительное декарбоксилирование глутарил -КоА до кротонил-КоА и углекислого газа в деградативном пути метаболизма L-лизина , L-гидроксилизина и L-триптофана . В качестве акцептора электронов он использует флавопротеин переноса электронов . Фермент существует в митохондриальной матрице в виде гомотетрамера из субъединиц 45 кДа . Мутации в этом гене приводят к метаболическому расстройству глутаровой ацидурии типа 1 , которое также известно как глутаровая ацидемия типа I. Альтернативный сплайсинг этого гена приводит к появлению множественных вариантов транскриптов . [5]
GCDH представляет собой тетрамер с тетраэдрической симметрией , что позволяет рассматривать его как димер димеров. Его структура очень похожа на другие ACD, но общая полипептидная складка GCDH состоит из трех доменов: домена альфа-спирального пучка амино-концевого типа , домена бета-листа в середине и еще одного домена альфа-спирального типа на карбоксильном конце . Флавинадениндинуклеотид (FAD) расположен на стыке между средней бета-цепью и доменом альфа-спирали карбоксильного конца одной субъединицы и доменом карбоксильного конца соседней субъединицы. Наиболее отчетливое различие между GCDH и другими ACD с точки зрения структуры заключается в карбоксильных и амино-концевых областях мономера и в петле между бета-цепями 4 и 5, поскольку он состоит только из четырех остатков, тогда как другие ACD имеют гораздо больше. Карман связывания субстрата заполнен цепочкой из трех молекул воды , которая вытесняется, когда субстрат связывается с ферментом. Карман связывания также меньше, чем некоторые другие карманы связывания ACD, поскольку он отвечает за специфичность длины цепи GCDH для альтернативных субстратов. [6] Ген GCDH картирован на 19p13.2 и имеет количество экзонов 15. [7]
GCDH в основном известен окислительным декарбоксилированием глутарил-КоА до кротонил-КоА и углекислого газа, что является обычным для митохондриального окисления лизина, триптофана и гидроксилизина. Способ, которым он выполняет эту задачу, заключается в серии физических, химических и электронных этапов переноса. Сначала он связывает субстрат глутарил-КоА с окисленной формой фермента и извлекает альфа-протон субстрата каталитическим основанием Glu370. Затем гидрид переносится с бета-углерода субстрата на N(5) FAD, давая 2e − -восстановленную форму FAD. Таким образом, это позволяет декарбоксилировать глутаконил-КоА, промежуточное соединение, связанное с ферментом, путем разрыва связи Cγ-Cδ, что приводит к образованию диенолят -аниона , протона и CO 2 . Диенолатный промежуточный продукт протонируется, что приводит к образованию кротонил-КоА и высвобождению продуктов из активного центра. Наконец, 2e − -восстановленная форма FAD окисляется до двух 1e − стадий внешним акцептором электронов для завершения оборота. [8]
Мутации в гене GCDH могут приводить к дефектам в ферменте, кодируемом им, что приводит к образованию и накоплению метаболитов глутаровой кислоты и 3-гидроксиглутаровой кислоты , а также глутарилкарнитина в жидкостях организма, что по сути приводит к глутаровой ацидурии I типа, аутосомно-рецессивному метаболическому расстройству. Симптомы этого заболевания включают: макроцефалию , острые энцефалитоподобные кризы , спастичность , дистонию , хореоатетоз , атаксию , дискинезию и судороги и встречаются у одного из 100 000 человек. [7] Мутации в карбоксильном конце GCDH чаще всего выявляются у пациентов с глутаровой ацидурией I типа; В частности, мутации в Ala389Val, Ala389Glu, Thr385Met, Ala377Val и Ala377Thr, по-видимому, связаны с расстройством, поскольку они диссоциируют на неактивные мономеры и/или димеры. [6]
Было замечено, что GCDH взаимодействует с:
