stringtranslate.com

Бутирил-КоА

Бутирил-КоА (или бутирил-кофермент А, бутаноил-КоА ) — это органическое производное масляной кислоты , содержащее кофермент А. [1] Это натуральный продукт, который встречается во многих биологических путях, таких как метаболизм жирных кислот ( деградация и удлинение ), ферментация и деградация 4-аминобутаноата (ГАМК). Он в основном участвует в качестве промежуточного продукта, предшественника и преобразуется из кротонил-КоА. [2] Это взаимопревращение опосредовано бутирил-КоА-дегидрогеназой.

По данным окислительно-восстановительного потенциала, бутирил-КоА-дегидрогеназа проявляет малую или нулевую активность при pH выше 7,0. Это важно, поскольку средний потенциал фермента находится при pH 7,0 и 25 °C. Следовательно, изменения выше этого значения приведут к денатурации фермента. [3]

В толстой кишке человека бутират помогает снабжать энергией эпителий кишечника и помогает регулировать реакции клеток. [4]

Бутирил-КоА имеет очень высокую расчетную потенциальную энергию Гиббса, -462,53937 ккал/моль, запасенную в его связи с КоА. [5]

Реакция

Метаболизм жирных кислот

Бутирил-КоА взаимопревращается в 3-оксогексаноил-КоА и обратно под действием ацетил-КоА-ацетилтрансферазы (или тиолазы ). [6] С точки зрения органической химии эта реакция является обратной конденсации Кляйзена . [7] [8] [9] [10] [11] Впоследствии бутирил-КоА преобразуется в кротонил-КоА. Превращение катализируется электрон-переносящим флавопротеином 2,3-оксидоредуктазой. [12] У этого фермента есть много синонимов, которые являются ортологичными друг другу, включая бутирил-КоА-дегидрогеназу, [12] [13] [14] ацил-КоА-дегидрогеназу, [15] ацил-КоА-оксидазу, [16] и короткоцепочечную 2-метилацил-КоА-дегидрогеназу [17]

Ферментация

Бутирил-КоА является промежуточным звеном пути ферментации, обнаруженного в Clostridium kluyveri . [18] [19] [20] Этот вид может ферментировать ацетил-КоА и сукцинат в бутаноат , извлекая энергию в ходе этого процесса. [19] [20] Путь ферментации от этанола до ацетил-КоА и бутаноата также известен как ферментация ABE .

Обзор путей ферментации в Clostridium kluyveri . Красная стрелка — путь ферментации сукцината; синяя стрелка — путь ферментации этанола/ацетил-КоА, также известный как ферментация ABE.

Бутирил-КоА восстанавливается из кротонил-КоА, катализируемого бутирил-КоА-дегидрогеназой, где две молекулы НАДН отдают четыре электрона, причем две из них восстанавливают ферредоксин (кластер [2Fe-2S]), а две другие восстанавливают кротонил-КоА до бутирил-КоА. [2] [21] [22] Затем бутирил-КоА преобразуется в бутаноат с помощью пропионил-КоА-трансферазы, которая переносит группу кофермента-А на ацетат , образуя ацетил-КоА . [23] [24]

Превращение кротонил-КоА в бутирил-КоА и в бутаноат

Он необходим для снижения уровня ферредоксинов в анаэробных бактериях и археях, чтобы фосфорилирование электронного транспорта и фосфорилирование на уровне субстрата могли происходить с повышенной эффективностью. [25]

Распад 4-аминобутаноата (ГАМК)

Обзор деградации 4-аминобутаноата (ГАМК)

Бутирил-КоА также является промежуточным продуктом, обнаруженным в деградации 4-аминобутаноата (ГАМК). [26] 4-аминобутаноат (ГАМК) имеет две судьбы в этом пути деградации. При обнаружении в Acetoanaerobium sticklandii и Pseudomonas fluorescens , 4-аминобутаноат был преобразован в глутамат , который может быть дезаминирован, высвобождая аммоний . [27] [28] [29] Однако в Acetoanaerobium sticklandii и Clostridium aminobutyricum 4-аминобутаноат был преобразован в сукцинатполуальдегид и через ряд стадий через промежуточный продукт бутаноил-КоА в конечном итоге преобразован в бутаноат . [30] [31]

Путь деградации играет важную роль в регуляции концентрации ГАМК, которая является ингибирующим нейротрансмиттером , снижающим возбудимость нейронов. [32] Нарушение регуляции деградации ГАМК может привести к дисбалансу уровней нейротрансмиттеров, способствуя различным неврологическим расстройствам, таким как эпилепсия , тревожность и депрессия . [33] [34] Механизм реакции такой же, как и в пути ферментации, где бутирил-КоА сначала восстанавливается из кротонил-КоА, а затем преобразуется в бутаноат. [26]

Регулирование

Бутирил-КоА действует на бутанолдегидрогеназу посредством конкурентного ингибирования . Адениновая часть может связывать бутанолдегидрогеназу и снижать ее активность. [35] Обнаружено, что фосфатная часть бутирил-КоА обладает ингибирующей активностью при связывании с фосфотрансбутирилазой. [36]

Также считается, что бутирил-КоА оказывает ингибирующее действие на ацетил-КоА-ацетилтрансферазу [37] , DL-метилмалонил-КоА-рацемазу [38] и глицин-N-ацилтрансферазу [39] , однако конкретный механизм остается неизвестным.

Дальнейшее чтение

PubChem. "Бутирил-КоА". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 18.11.2021 .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ «База данных метаболома человека: Отображение метабокарты для бутирил-КоА (HMDB0001088)».
  2. ^ ab Li F, Hinderberger J, Seedorf H, Zhang J, Buckel W, Thauer RK (февраль 2008 г.). «Сопряженное восстановление ферредоксина и кротонил кофермента A (CoA) с помощью NADH, катализируемое комплексом бутирил-CoA-дегидрогеназы/Etf из Clostridium kluyveri». Журнал бактериологии . 190 (3): 843–850. doi :10.1128/JB.01417-07. ISSN  0021-9193. PMC 2223550. PMID 17993531  . 
  3. ^ Берзин В, Тюрин М, Кирюхин М (февраль 2013). "Селективное производство н-бутанола Clostridium sp. MTButOH1365 во время непрерывной ферментации синтез-газа за счет экспрессии синтетической тиолазы, 3-гидроксибутирил-КоА-дегидрогеназы, кротоназы, бутирил-КоА-дегидрогеназы, бутиральдегиддегидрогеназы и НАД-зависимой бутанолдегидрогеназы". Прикладная биохимия и биотехнология . 169 (3): 950–959. doi :10.1007/s12010-012-0060-7. PMID  23292245. S2CID  22534861.
  4. ^ Louis P, Young P, Holtrop G, Flint HJ (февраль 2010 г.). «Разнообразие бактерий, продуцирующих бутират в толстой кишке человека, выявленное с помощью анализа гена бутирил-КоА:ацетат-КоА-трансферазы». Environmental Microbiology . 12 (2): 304–314. Bibcode : 2010EnvMi..12..304L. doi : 10.1111/j.1462-2920.2009.02066.x. PMID  19807780.
  5. ^ "MetaCyc бутаноил-КоА". metacyc.org . Получено 2024-04-04 .
  6. ^ Fujita Y, Matsuoka H, ​​Hirooka K (ноябрь 2007 г.). «Регуляция метаболизма жирных кислот у бактерий». Молекулярная микробиология . 66 (4): 829–839. doi :10.1111/j.1365-2958.2007.05947.x. ISSN  0950-382X. PMID  17919287.
  7. ^ Хаапалайнен А.М., Мериляйнен Г., Пирила П.Л., Кондо Н., Фукао Т., Виеренга РК (10 апреля 2007 г.). «Кристаллографические и кинетические исследования митохондриальной ацетоацетил-КоА-тиолазы человека: значение ионов калия и хлорида для ее структуры и функции». Биохимия . 46 (14): 4305–4321. дои : 10.1021/bi6026192. ISSN  0006-2960. ПМИД  17371050.
  8. ^ Хаапалайнен А.М., Мериляйнен Г., Пирила П.Л., Кондо Н., Фукао Т., Виеренга РК (20 марта 2007 г.). «Кристаллографические и кинетические исследования митохондриальной ацетоацетил-КоА-тиолазы человека: важность ионов калия и хлорида для ее структуры и функции». Биохимия . 46 (14): 4305–4321. дои : 10.1021/bi6026192. ISSN  0006-2960. ПМИД  17371050.
  9. ^ Nesbitt NM, Yang X, Fontán P, Kolesnikova I, Smith I, Sampson NS и др. (январь 2010 г.). «Тиолаза Mycobacterium tuberculosis необходима для вирулентности и производства андростендиона и андростадиендиона из холестерина». Инфекция и иммунитет . 78 (1): 275–282. doi :10.1128/IAI.00893-09. ISSN  0019-9567. PMC 2798224. PMID 19822655  . 
  10. ^ Stern JR, Coon MJ, Del Campillo A (1953-01-03). «Ферментативное расщепление и синтез ацетоацетата». Nature . 171 (4340): 28–30. Bibcode :1953Natur.171...28S. doi :10.1038/171028a0. ISSN  0028-0836. PMID  13025466.
  11. ^ Goldman DS (май 1954). «Исследования системы окисления жирных кислот в тканях животных. VII. Фермент расщепления бета-кетоацил-коэнзима А». Журнал биологической химии . 208 (1): 345–357. doi : 10.1016/S0021-9258(18)65653-4 . ISSN  0021-9258. PMID  13174544.
  12. ^ ab Campbell JW, Cronan JE (июль 2002 г.). «Загадочный ген fadE Escherichia coli — это yafH». Журнал бактериологии . 184 (13): 3759–3764. doi :10.1128/JB.184.13.3759-3764.2002. ISSN  0021-9193. PMC 135136. PMID 12057976  . 
  13. ^ Икеда Y, Окамура-Икеда K, Танака K (1985-01-25). «Очистка и характеристика короткоцепочечных, среднецепочечных и длинноцепочечных ацил-КоА-дегидрогеназ из митохондрий печени крысы. Выделение голо- и апоферментов и превращение апофермента в голофермент». Журнал биологической химии . 260 (2): 1311–1325. doi : 10.1016/S0021-9258(20)71245-7 . ISSN  0021-9258. PMID  3968063.
  14. ^ Matsubara Y, Indo Y, Naito E, Ozasa H, Glassberg R, Vockley J и др. (1989-09-25). «Молекулярное клонирование и нуклеотидная последовательность кДНК, кодирующих предшественников крысиных длинноцепочечных ацил-коэнзима А, короткоцепочечных ацил-коэнзима А и изовалерил-коэнзима А дегидрогеназ. Гомология последовательностей четырех ферментов семейства ацил-КоА дегидрогеназ». Журнал биологической химии . 264 (27): 16321–16331. doi : 10.1016/S0021-9258(18)71624-4 . ISSN  0021-9258. PMID  2777793.
  15. ^ Ким Дж. Дж., Ван М., Пашке Р. (1993-08-15). «Кристаллические структуры среднецепочечной ацил-КоА-дегидрогеназы из митохондрий печени свиньи с субстратом и без него». Труды Национальной академии наук . 90 (16): 7523–7527. Bibcode : 1993PNAS...90.7523K. doi : 10.1073/pnas.90.16.7523 . ISSN  0027-8424. PMC 47174. PMID 8356049  . 
  16. ^ VANHOOREN JC, MARYNEN P, MANNAERTS GP, VAN VELDHOVEN PP (1997-08-01). «Доказательства существования гена пристаноил-КоА-оксидазы у человека». Biochemical Journal . 325 (3): 593–599. doi :10.1042/bj3250593. ISSN  0264-6021. PMC 1218600. PMID  9271077 . 
  17. ^ Willard J, Vicanek C, Battaile KP, Van Veldhoven PP, Fauq AH, Rozen R и др. (1996-07-01). «Клонирование кДНК для короткоцепочечной ацил-коэнзим А дегидрогеназы из крысы и характеристика ее тканевой экспрессии и субстратной специфичности». Архивы биохимии и биофизики . 331 (1): 127–133. doi :10.1006/abbi.1996.0290. ISSN  0003-9861. PMID  8660691.
  18. ^ Barker HA, Kamen MD, Bornstein BT (декабрь 1945 г.). «Синтез масляной и капроновой кислот из этанола и уксусной кислоты Clostridium Kluyveri». Труды Национальной академии наук . 31 (12): 373–381. Bibcode : 1945PNAS...31..373B. doi : 10.1073/pnas.31.12.373 . ISSN  0027-8424. PMC 1078850. PMID 16588706  . 
  19. ^ ab Bornstein BT, Barker HA (февраль 1948). «Энергетический метаболизм Clostridium kluyveri и синтез жирных кислот». Журнал биологической химии . 172 (2): 659–669. doi : 10.1016/S0021-9258(19)52752-1 . ISSN  0021-9258. PMID  18901185.
  20. ^ ab Kenealy WR, Waselefsky DM (апрель 1985 г.). «Исследования диапазона субстратов Clostridium kluyveri; использование пропанола и сукцината». Архив микробиологии . 141 (3): 187–194. Bibcode : 1985ArMic.141..187K. doi : 10.1007/BF00408056. ISSN  0302-8933.
  21. ^ Williamson G, Engel PC (1984-03-01). "Бутирил-КоА-дегидрогеназа из Megasphaera elsdenii. Специфичность каталитической реакции". Biochemical Journal . 218 (2): 521–529. doi :10.1042/bj2180521. ISSN  0264-6021. PMC 1153368. PMID  6712628 . 
  22. ^ Turano FJ, Thakkar SS, Fang T, Weisemann JM (1997-04-01). "Характеристика и экспрессия генов NAD(H)-зависимой глутаматдегидрогеназы в Arabidopsis". Физиология растений . 113 (4): 1329–1341. doi :10.1104/pp.113.4.1329. ISSN  1532-2548. PMC 158256. PMID  9112779 . 
  23. ^ Rangarajan ES, Li Y, Ajamian E, Iannuzzi P, Kernaghan SD, Fraser ME и др. (декабрь 2005 г.). «Кристаллографическое улавливание промежуточного тиоэфира глутамил-CoA трансфераз семейства I CoA». Журнал биологической химии . 280 (52): 42919–42928. doi : 10.1074/jbc.M510522200 . PMID  16253988.
  24. ^ Вандервинкель Э., Фурмански П., Ривз Х.К., Эйл С.Дж. (декабрь 1968 г.). «Рост Escherichiacoli на жирных кислотах: необходимость активности кофермента а-трансферазы». Biochemical and Biophysical Research Communications . 33 (6): 902–908. doi :10.1016/0006-291X(68)90397-5. PMID  4884054.
  25. ^ Demmer JK, Pal Chowdhury N, Selmer T, Ermler U, Buckel W (ноябрь 2017 г.). "Семихиноновый размах в комплексе бифурцирующего переноса электронов флавопротеина/бутирил-КоА-дегидрогеназы из Clostridium difficile". Nature Communications . 8 (1): 1577. Bibcode :2017NatCo...8.1577D. doi :10.1038/s41467-017-01746-3. PMC 5691135 . PMID  29146947. 
  26. ^ ab Belitsky BR, Sonenshein AL (июль 2002 г.). "GabR, член нового семейства белков, регулирует использование γ-аминобутирата в Bacillus subtilis". Молекулярная микробиология . 45 (2): 569–583. doi :10.1046/j.1365-2958.2002.03036.x. ISSN  0950-382X. PMID  12123465.
  27. ^ Hardman JK, Stadtman TC (апрель 1960 г.). «МЕТАБОЛИЗМ ω-АМИНОКИСЛОТ: I. Ферментация γ-аминомасляной кислоты Clostridium aminobutyricum n. sp». Журнал бактериологии . 79 (4): 544–548. doi :10.1128/jb.79.4.544-548.1960. ISSN  0021-9193. PMC 278728 . PMID  14399736. 
  28. ^ Hardman JK, Stadtman TC (июнь 1963). «Метаболизм амега-аминокислот. III. Механизм преобразования гамма-аминобутирата в гамма-гидроксибутират Clostridium aminobutyricum». Журнал биологической химии . 238 (6): 2081–2087. doi : 10.1016/S0021-9258(18)67943-8 . ISSN  0021-9258. PMID  13952769.
  29. ^ Andersen G, Andersen B, Dobritzsch D, Schnackerz KD, Piškur J (апрель 2007 г.). «Дупликация гена привела к специализированной γ-аминобутиратной и β-аланиновой аминотрансферазе у дрожжей». The FEBS Journal . 274 (7): 1804–1817. doi :10.1111/j.1742-4658.2007.05729.x. ISSN  1742-464X. PMID  17355287.
  30. ^ Gerhardt A, Çinkaya I, Linder D, Huisman G, Buckel W (2000-08-30). "Ферментация 4-аминобутирата Clostridium aminobutyricum: клонирование двух генов, участвующих в образовании и дегидратации 4-гидроксибутирил-КоА". Архив микробиологии . 174 (3): 189–199. Bibcode : 2000ArMic.174..189G. doi : 10.1007/s002030000195. ISSN  0302-8933. PMID  11041350.
  31. ^ Jakoby WB, Scott EM (апрель 1959). «Окисление альдегидов. III. Дегидрогеназа янтарного полуальдегида». Журнал биологической химии . 234 (4): 937–940. doi : 10.1016/S0021-9258(18)70207-X . ISSN  0021-9258. PMID  13654295.
  32. ^ Ли К, Сюй Э (2008-06-01). «Роль и механизм γ-аминомасляной кислоты во время развития центральной нервной системы». Neuroscience Bulletin . 24 (3): 195–200. doi :10.1007/s12264-008-0109-3. ISSN  1995-8218. PMC 5552538. PMID  18500393 . 
  33. ^ de Leon AS, Tadi P (2024), "Биохимия, гамма-аминомасляная кислота", StatPearls , Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, PMID  31869147 , получено 14 апреля 2024 г.
  34. ^ Донахью М.Дж., Ниар Дж., Бличер Дж.Ю., Джеззард П. (2010-11-01). «Базовая концентрация ГАМК и ответ фМРТ». NeuroImage . 53 (2): 392–398. doi :10.1016/j.neuroimage.2010.07.017. ISSN  1053-8119. PMID  20633664.
  35. ^ Welch RW, Rudolph FB, Papoutsakis E (сентябрь 1989). «Очистка и характеристика NADH-зависимой бутанолдегидрогеназы из Clostridium acetobutylicum (ATCC 824)». Архивы биохимии и биофизики . 273 (2): 309–318. doi :10.1016/0003-9861(89)90489-X. PMID  2673038.
  36. ^ Wiesenborn DP, Rudolph FB, Papoutsakis ET (февраль 1989). «Фосфотрансбутирилаза из Clostridium acetobutylicum ATCC 824 и ее роль в ацидогенезе». Applied and Environmental Microbiology . 55 (2): 317–322. Bibcode : 1989ApEnM..55..317W. doi : 10.1128/aem.55.2.317-322.1989. ISSN  0099-2240. PMC 184108. PMID 2719475  . 
  37. ^ Wiesenborn DP, Rudolph FB, Papoutsakis ET (ноябрь 1988 г.). «Тиолаза из Clostridium acetobutylicum ATCC 824 и ее роль в синтезе кислот и растворителей». Applied and Environmental Microbiology . 54 (11): 2717–2722. Bibcode : 1988ApEnM..54.2717W. doi : 10.1128/aem.54.11.2717-2722.1988. ISSN  0099-2240. PMC 204361. PMID 16347774  . 
  38. ^ Stabler SP, Marcell PD, Allen RH (август 1985). «Выделение и характеристика рацемазы dl-метилмалонил-коэнзима А из печени крысы». Архивы биохимии и биофизики . 241 (1): 252–264. doi :10.1016/0003-9861(85)90381-9. PMID  2862845.
  39. ^ Nandi DL, Lucas SV, Webster LT (1979-08-10). "Бензоил-коэнзим A:глицин N-ацилтрансфераза и фенилацетил-коэнзим A:глицин N-ацилтрансфераза из митохондрий печени быка. Очистка и характеристика". Журнал биологической химии . 254 (15): 7230–7237. doi : 10.1016/S0021-9258(18)50309-4 . ISSN  0021-9258. PMID  457678.