stringtranslate.com

Аконитаза

Аконитаза (аконитатгидратаза; EC 4.2.1.3) — фермент, катализирующий стереоспецифическую изомеризацию цитрата в изоцитрат через цис - аконитат в цикле трикарбоновых кислот , неокислительно - восстановительный процесс. [3] [ 4] [5]

Структура

Аконитаза, представленная в структурах на правом поле этой страницы, имеет две немного отличающиеся структуры в зависимости от того, активирована она или инактивирована. [6] [7] В неактивной форме ее структура разделена на четыре домена. [6] Если считать от N-конца , то только первые три из этих доменов участвуют в тесных взаимодействиях с кластером [3Fe-4S], но активный сайт состоит из остатков из всех четырех доменов, включая более крупный домен C-конца . [6] Кластер Fe-S и SO2−
4Анион также находится в активном центре. [6] Когда фермент активируется, он получает дополнительный атом железа, создавая кластер [4Fe-4S]. [7] [8] Однако структура остальной части фермента почти не меняется; консервативные атомы между двумя формами находятся в практически одинаковых положениях, с разницей до 0,1 ангстрема. [7]

Функция

В отличие от большинства железо-серных белков , которые выполняют функцию переносчиков электронов, железо-серный кластер аконитазы напрямую реагирует с субстратом фермента. Аконитаза имеет активный кластер [Fe 4 S 4 ] 2+ , который может преобразовываться в неактивную форму [Fe 3 S 4 ] + . Было показано, что три остатка цистеина (Cys) являются лигандами центра [Fe 4 S 4 ]. В активном состоянии лабильный ион железа кластера [Fe 4 S 4 ] координируется не Cys, а молекулами воды.

Железо -чувствительный элемент-связывающий белок (IRE-BP) и 3-изопропилмалатдегидратаза (α-изопропилмалатизомераза; EC 4.2.1.33), фермент, катализирующий второй этап биосинтеза лейцина , являются известными гомологами аконитазы. Железо-регуляторные элементы (IRE) представляют собой семейство 28-нуклеотидных, некодирующих, петлевых структур, которые регулируют хранение железа, синтез гема и усвоение железа. Они также участвуют в связывании рибосом и контролируют оборот мРНК (деградацию). Специфический регуляторный белок, IRE-BP, связывается с IRE как в 5'-, так и в 3'-областях, но только с РНК в апо-форме, без кластера Fe-S. Экспрессия IRE-BP в культивируемых клетках показала, что белок функционирует либо как активная аконитаза, когда клетки насыщены железом, либо как активный РНК-связывающий белок, когда клетки истощены железом. Мутантные IRE-BP, в которых любой или все три остатка Cys, участвующие в образовании Fe-S, заменены серином , не обладают активностью аконитазы, но сохраняют свойства связывания РНК.

Аконитаза ингибируется фторацетатом , поэтому фторацетат ядовит. Фторацетат в цикле лимонной кислоты преобразуется во фторцитрат цитратсинтазой. Фторцитрат конкурентно ингибирует аконитазу, останавливая цикл лимонной кислоты. [9] Серно-железный кластер очень чувствителен к окислению супероксидом . [10]

Механизм

Механизм выталкивания стрелы аконитаза [11] [12]
Цитрат и кластер Fe-S в активном центре аконитазы: пунктирные желтые линии показывают взаимодействия между субстратом и близлежащими остатками [13]

Аконитаза использует механизм дегидратации-гидратации. [11] Каталитические остатки, участвующие в этом процессе, - His-101 и Ser-642. [11] His-101 протонирует гидроксильную группу на C3 цитрата, позволяя ему уйти в виде воды, а Ser-642 одновременно отрывает протон на C2, создавая двойную связь между C2 и C3 и образуя так называемый промежуточный цис -аконитат (две карбоксильные группы на двойной связи являются цис- ). [11] [14] Атом углерода, из которого удаляется водород, - это тот, который пришел из оксалоацетата на предыдущем этапе цикла лимонной кислоты, а не тот, который пришел из ацетил-КоА , хотя эти два углерода эквивалентны, за исключением того, что один из них - « про -R», а другой - « про -S» (см. Прохиральность ). [15] : 393  В этой точке промежуточное соединение поворачивается на 180°. [11] Это вращение называется «переворотом». [12] Из-за этого переворота говорят, что промежуточное соединение переходит из «цитратного режима» в «изоцитратный режим». [16]

Как именно происходит этот переворот, является спорным. Одна из теорий заключается в том, что на этапе, ограничивающем скорость , цис -аконитат высвобождается из фермента, а затем снова присоединяется в изоцитратном режиме для завершения реакции. [16] Этот этап, ограничивающий скорость, гарантирует, что в конечном продукте образуется правильная стереохимия , в частности (2R,3S). [16] [17] Другая гипотеза заключается в том, что цис -аконитат остается связанным с ферментом, пока он переключается из цитратного в изоцитратный режим. [11]

В любом случае, переворачивание цис -аконитата позволяет стадиям дегидратации и гидратации происходить на противоположных сторонах промежуточного соединения. [11] Аконитаза катализирует транс -элиминацию/присоединение воды, а переворачивание гарантирует, что в продукте образуется правильная стереохимия. [11] [12] Для завершения реакции остатки серина и гистидина меняют свои первоначальные каталитические действия: гистидин, теперь основной, отрывает протон от воды, готовя его как нуклеофил для атаки на C2, а протонированный серин депротонируется двойной связью цис -аконитата для завершения гидратации, производя изоцитрат. [11]

Изоцитрат и кластер Fe-S в активном центре аконитазы [13] PDB : 1C97 ​;

Члены семьи

Аконитазы экспрессируются в бактериях для людей. В цитрусовых снижение активности митохондриальных аконитаз, вероятно, приводит к накоплению лимонной кислоты, которая затем хранится в вакуолях . [18] По мере созревания плода лимонная кислота возвращается обратно в цитозоль, где увеличение активности цитозольной аконитазы снижает ее уровень в плоде. [18] Люди экспрессируют следующие два изофермента аконитазы :

Интерактивная карта маршрутов

Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы перейти к соответствующим статьям. [§ 1]

  1. ^ Интерактивную карту путей можно редактировать на WikiPathways: «TCACycle_WP78».

Ссылки

  1. ^ PDB : 7ACN ​; Lauble H, Kennedy MC, Beinert H, Stout CD (1992). «Кристаллические структуры аконитазы со связанными изоцитратом и нитроизоцитратом». Биохимия . 31 (10): 2735–48. doi :10.1021/bi00125a014. PMID  1547214.
  2. ^ PDB : 1ACO ​; Lauble H, Kennedy MC, Beinert H, Stout CD (1994). «Кристаллические структуры аконитазы со связанными транс-аконитатом и нитроцитратом». Журнал молекулярной биологии . 237 (4): 437–51. doi :10.1006/jmbi.1994.1246. PMID  8151704.
  3. ^ Beinert H, Kennedy MC (декабрь 1993 г.). «Аконитаза, двусторонний белок: фермент и фактор регуляции железа». FASEB Journal . 7 (15): 1442–9. doi : 10.1096/fasebj.7.15.8262329 . PMID  8262329. S2CID  1107246.
  4. ^ Флинт ДХ, Аллен РМ (1996). «Железо-серные белки с неокислительно-восстановительными функциями». Chemical Reviews . 96 (7): 2315–34. doi :10.1021/cr950041r. PMID  11848829.
  5. ^ Бейнерт Х, Кеннеди М.К., Стаут К.Д. (ноябрь 1996 г.). «Аконитаза как белок с серой, фермент и белок, регулирующий железо со знаком «минус». Chemical Reviews . 96 (7): 2335–2374. doi :10.1021/cr950040z. PMID  11848830.
  6. ^ abcd Robbins AH, Stout CD (1989). "Структура аконитазы". Белки . 5 (4): 289–312. doi :10.1002/prot.340050406. PMID  2798408. S2CID  36219029.
  7. ^ abc Robbins AH, Stout CD (май 1989). "Структура активированной аконитазы: образование кластера [4Fe-4S] в кристалле". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 86 (10): 3639–43. Bibcode :1989PNAS...86.3639R. doi : 10.1073/pnas.86.10.3639 . PMC 287193 . PMID  2726740. 
  8. ^ Lauble H, Kennedy MC, Beinert H, Stout CD (март 1992). «Кристаллические структуры аконитазы со связанными изоцитратом и нитроизоцитратом». Биохимия . 31 (10): 2735–48. doi :10.1021/bi00125a014. PMID  1547214.
  9. ^ Morrison JF, Peters RA (ноябрь 1954 г.). «Биохимия отравления фторацетатом: влияние фторцитрата на очищенную аконитазу». Biochem. J . 58 (3): 473–9. doi :10.1042/bj0580473. PMC 1269923 . PMID  13208639. 
  10. ^ Gardner PR (2002). "Аконитаза: Чувствительная цель и мера супероксида". Супероксиддисмутаза . Методы в энзимологии. Т. 349. С. 9–23. doi :10.1016/S0076-6879(02)49317-2. ISBN 978-0-12-182252-1. PMID  11912933.
  11. ^ abcdefghi Такусагава Ф. «Глава 16: Цикл лимонной кислоты» (PDF) . Записка Такусагавы . Университет Канзаса. Архивировано из оригинала (PDF) 24 марта 2012 г. Проверено 10 июля 2011 г.
  12. ^ abc Beinert H, Kennedy MC, Stout CD (ноябрь 1996 г.). "Aconitase as Iron-minus signSulfur Protein, Enzyme, and Iron-Regulatory Protein" (PDF) . Chemical Reviews . 96 (7): 2335–2374. doi :10.1021/cr950040z. PMID  11848830. Архивировано из оригинала (PDF) 2011-08-11 . Получено 2011-05-16 .
  13. ^ ab PDB : 1C96 ​; Lloyd SJ, Lauble H, Prasad GS, Stout CD (декабрь 1999 г.). «Механизм аконитазы: 1.8 Разрешение кристаллической структуры комплекса S642a:цитрат». Protein Sci . 8 (12): 2655–62. doi :10.1110/ps.8.12.2655. PMC 2144235 . PMID  10631981. 
  14. ^ Han D, Canali R, Garcia J, Aguilera R, Gallaher TK, Cadenas E (сентябрь 2005 г.). «Места и механизмы инактивации аконитазы пероксинитритом: модуляция цитратом и глутатионом». Биохимия . 44 (36): 11986–96. doi :10.1021/bi0509393. PMID  16142896.
  15. ^ Lubert Stryer (1981). Биохимия (2-е изд.). С. 295–296.
  16. ^ abc Lauble H, Stout CD (май 1995). "Стерические и конформационные особенности механизма аконитазы". Белки . 22 (1): 1–11. doi :10.1002/prot.340220102. PMID  7675781. S2CID  43006515.
  17. ^ "Семейство аконитазы". Простетические группы и ионы металлов в активных участках белков, версия базы данных 2.0 . Университет Лидса. 1999-02-02. Архивировано из оригинала 2011-06-08 . Получено 2011-07-10 .
  18. ^ ab Degu A, Hatew B, Nunes-Nesi A, Shlizerman L, Zur N, Katz E, Fernie AR, Blumwald E, Sadka A (сентябрь 2011 г.). «Ингибирование аконитазы в каллусе цитрусовых приводит к метаболическому сдвигу в сторону биосинтеза аминокислот». Planta . 234 (3): 501–513. doi :10.1007/s00425-011-1411-2.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки