stringtranslate.com

Длинноцепочечная жирная кислота — КоА-лигаза

Длинноцепочечная жирная ацил-КоА-лигаза (или синтетаза ) является ферментом ( EC 6.2.1.3) семейства лигаз, который активирует окисление сложных жирных кислот . [2] Длинноцепочечная жирная ацил-КоА-синтетаза катализирует образование жирного ацил-КоА посредством двухэтапного процесса, протекающего через аденилированное промежуточное соединение. [3] Фермент катализирует следующую реакцию:

Жирная кислота + КоА + АТФ ⇌ Ацил-КоА + АМФ + ПП i

Он присутствует во всех организмах от бактерий до человека. Он катализирует предварительную реакцию β-окисления жирных кислот или может быть включен в фосфолипиды.

Функция

Синтетаза жирного ацил-КоА с длинной цепью, LC-FACS, играет роль в физиологической регуляции различных клеточных функций посредством продукции сложных эфиров жирного ацил-КоА с длинной цепью , которые, как сообщается, влияют на транспорт белков , активацию ферментов, ацилирование белков, клеточную сигнализацию и регуляцию транскрипции. [1] Образование жирного ацил-КоА катализируется в два этапа: стабильное промежуточное соединение молекулы жирного ацил-АМФ, а затем образуется продукт — молекула жирной кислоты ацил-КоА. [4]

Жирный ацил-КоА-синтетаза катализирует активацию длинной жирнокислотной цепи до жирного ацил-КоА, требуя энергии 1 АТФ для АМФ и пирофосфата . Этот шаг использует 2 «эквивалента АТФ», поскольку пирофосфат расщепляется на 2 молекулы неорганического фосфата, разрывая высокоэнергетическую фосфатную связь .

Механизм и активный центр

Механизм для длинноцепочечной жирной ацил-КоА-синтетазы представляет собой механизм «би уни уни би пинг-понг». [1] Префиксы уни и би относятся к числу субстратов, которые поступают в фермент, и числу продуктов, которые покидают фермент; би описывает ситуацию, когда два субстрата поступают в фермент одновременно. Пинг-понг означает, что продукт высвобождается до того, как другой субстрат сможет связаться с ферментом.

На первом этапе АТФ и длинноцепочечная жирная кислота попадают в активный центр фермента . Внутри активного центра отрицательно заряженный кислород жирной кислоты атакует альфа-фосфат на АТФ, образуя промежуточное соединение длинноцепочечной жирной кислоты АТФ. (Шаг 1, Рисунок 2) На втором этапе пирофосфат (PPi) уходит, в результате чего внутри активного центра фермента образуется длинноцепочечная молекула жирной кислоты АМФ . (Шаг 2, Рисунок 2) Теперь кофермент А поступает в фермент, и образуется другое промежуточное соединение, которое состоит из длинноцепочечной жирной кислоты АМФ — кофермента А. (Шаг 3, Рисунок 2) В конце этого механизма высвобождаются два продукта: АМФ и ацил-коа-продукт. (Шаг 4, Рисунок 2)

Ацил-КоА образуется из длинноцепочечных жирных кислот посредством ацильной замены. В АТФ-зависимой реакции карбоксилат жирной кислоты преобразуется в тиоэфир . Конечными продуктами этой реакции являются ацил-КоА , пирофосфат (PPi) и AMP .

Рисунок 1. Асимметричная единица длинноцепочечной жирной ацил-КоА-синтетазы, показывающая остатки активного центра Trp 234, Tyr504 и Glu540, а также потенциально поддерживающий остаток Asn450. [1]
Рисунок 2. Механизм действия длинноцепочечной жирной ацил-КоА-синтетазы.

Структура

Существует несколько высококонсервативных областей и 20-30% сходства аминокислотной последовательности между членами этого суперсемейства. [1] Ферменты в этом семействе состоят из большого N-концевого и небольшого C-концевого домена, с каталитическим сайтом, расположенным между двумя доменами. [1] Связывание субстрата может влиять на относительное положение C- и N-концевых доменов. Предполагается, что C-концевой домен LC-FACS находится в открытой конформации, когда субстрат отсутствует, и в закрытой конформации, когда субстрат связан . [1] Доступность активного сайта для растворителя снижается, когда C- и N-концевые домены приближаются друг к другу. [5]

Связь структуры и функции между LC-FACS и образованием и обработкой промежуточного ацил-AMP все еще была неясна. LC-FACS образует димер с переставленными доменами, при этом мономер взаимодействует с N-концевыми доменами. [6] Большая электростатически положительная вогнутость расположена в задней части структуры в центральной долине гомодимера. [1] Asp15 образует межмолекулярный солевой мостик с Arg176 во взаимодействиях димеров. Межмолекулярная водородная связь образуется между карбонильной группой основной цепи Glu16 и боковой цепью Arg199. На интерфейсе Glu175 образует межмолекулярный солевой мостик с Arg199. [5] [7] [8] [9] Мотив L, пептидный линкер из шести аминокислот, соединяет большой N-концевой домен и небольшой C-концевой домен каждого мономера LC-FACS. [1] N-концевой домен состоит из двух субдоменов: искаженного антипараллельного β-ствола и двух β-слоев, окруженных α-спиралями, образующими сэндвич αβαβα. [1] Небольшой C-концевой глобулярный домен состоит из двухцепочечного β-слоя и трехцепочечного антипараллельного β-слоя, окруженного тремя α-спиралями. [1]

Взаимодействие димеров

Рисунок 3. Димеризация LC-FACS.

Димеризация LC-FACS стабилизируется посредством солевого мостика между Asp15 последовательности A и Arg176 последовательности B. На рисунке 3 показан этот солевой мостик между этими двумя аминокислотами. Желтая линия между Asp15 и Arg176 показывает наличие солевого мостика.

Связывание АТФ с С-концевым доменом

Конформации C-концевого домена структур LC-FACS зависят от присутствия лиганда . [ 1] AMP-PNP, негидролизуемый аналог АТФ, связанный с LC-FACS, приводит к закрытой конформации с C- и N-концевыми доменами, напрямую взаимодействующими. [1] В кристаллических структурах AMP-PNP связан в расщелине каждого мономера на границе между N- и C-концевыми доменами. [1] Закрытая конформация C-концевого домена сохраняется с миристроил-AMP. [1] Три остатка в C-концевом домене, Glu443, Glu475 и Lys527, нековалентно взаимодействуют с остатками мотива L и N-концевым доменом, стабилизируя закрытую конформацию. [1] Существует два типа открытых конформаций в C-концевых доменах некомплексированной структуры. С- и N-концевые домены не взаимодействуют напрямую для обоих мономеров димера. [1] Обширная сеть водородных связей используется фрагментом AMP связанной молекулы АТФ для удержания С- и N-концевых доменов вместе. [1]

Рисунок 4. Активный центр длинноцепочечной жирной ацил-КоА-синтетазы с длинноцепочечной жирной кислотой. Trp444, Lys435 и Lys439 являются важными остатками

Туннель связывания жирных кислот

Более объемные длинноцепочечные жирные кислоты связаны туннелем связывания жирных кислот, который расположен в N-концевом домене каждого мономера . [1] Большой β-слой и кластер α-спирали окружают туннель, который простирается от вогнутой полости в центральной долине до места связывания АТФ. [1] В большом центральном пути туннеля в сложной структуре есть два отдельных пути, которые включают «путь АТФ» и «центральный путь», разделенные индольным кольцом Trp234 в мотиве G. [1] Существует также еще одна ветвь центрального пути, известная как «мертвая и ветвящаяся». ​​Индольное кольцо Trp234 закрывает туннель связывания жирных кислот в некомплексной структуре. [1] Он открывается, как только AMP-PNP связывается посредством образования водородной связи между β-фосфатом и азотом на кольце Trp234. [1] В это время закрытая конформация принимается подвижным С-концевым доменом. В закрытых структурах LC-FACS происходит сдвиг гибкой петли мотива G, что приводит к более широкой тупиковой ветви по сравнению с некомплексированными формами. [1]

Сайт связывания АТФ соединен с путем АТФ, который является гидрофобным каналом в туннеле связывания жирной кислоты. [1] Жирная кислота входит через центральный путь, простирающийся от интерфейса димера вдоль β-цепи 13 к пути АТФ. [1] Связь между двумя путями блокируется индольным кольцом Trp234 в отсутствие АТФ. Молекулы воды заполняют центральный путь в структурах комплекса AMP-PNP и миристоил-AMP, и через вход центрального пути они соединяются с областями основного растворителя. Основные остатки из каждого мономера, Lys219, Arg296, Arg297, Arg321, Lys350 и Lys 354, заставляют вход центрального пути генерировать положительный электростатический потенциал. [1] Тупиковая ветвь содержит остатки 235-243 и простирается от туннеля связывания жирной кислоты до α-спирали h. [1] Нижняя часть тупиковой ветви состоит из гидрофильной среды из молекул воды и полярных боковых цепей. [1]

Домены

Рисунок 5.
Рисунок 6.

Домены, найденные в длинноцепочечной жирной ацил-КоА-синтетазе, показаны как в ферментном представлении (рисунок 5), так и в представлении последовательности (рисунок 6). LC-FACS имеет пять доменов. После поиска 1v26 в Entrez было показано расположение 5 доменов, которое было использовано для создания рисунков 5 и 6. Цвета лент на рисунке 5 соответствуют цветам рисунка 6.

Ингибирование длинноцепочечными жирными ацил-КоА

Долгосрочная и краткосрочная регуляция контролирует синтез жирных кислот. [4] Долгосрочная регуляция синтеза жирных кислот зависит от скорости синтеза ацетил-КоА-карбоксилазы (ACC), фермента, ограничивающего скорость, и первого фермента синтеза жирных кислот, и синтазы жирных кислот (FAS), второго и основного фермента синтеза жирных кислот. [4] [10] [11] [12] Клеточный жирный ацил-КоА участвует в краткосрочной регуляции, но полное понимание механизмов отсутствует. [13]

Свободные жирные кислоты ингибируют синтез жирных кислот de novo и, по-видимому, зависят от образования длинноцепочечных жирных ацил-КоА. [14] Исследования показали, что длинноцепочечные жирные ацил-КоА ингибируют ACC и FAS посредством ингибирования по принципу обратной связи. [15] [16] [17] [18] Ингибирующее действие длинноцепочечных жирных ацил-КоА на синтез жирных кислот может быть результатом его регуляции липогенных ферментов по принципу обратной связи через подавление транскрипции генов. [19]

Лигаза длинноцепочечных жирных кислот-КоА в клетках каталитически синтезирует длинноцепочечные жирные ацил-КоА. Лигаза длинноцепочечных жирных кислот-КоА может играть важную роль в подавлении синтеза жирных кислот, и сообщалось, что она играет роль в ингибировании синтеза жирных кислот. [20] Недавно было обнаружено, что витамин D 3 повышает регуляцию FACL3, который формирует синтез длинноцепочечных жирных кислот с использованием миристиновой кислоты , эйкозапентаеновой кислоты (EPA) и арахидоновой кислоты в качестве субстратов, на уровнях экспрессии и активности. [21] FACL3 способствует ингибирующему эффекту витамина D 3 на рост в клетках рака простаты человека LNCaP. [21] Текущее исследование сообщает , что ингибирование обратной связи экспрессии FAS длинноцепочечными жирными ацил-КоА вызывает подавление мРНК FAS витамином D 3. [4] [22]

Клиническое значение

Адренолейкодистрофия (АЛД) — это накопление длинноцепочечных жирных кислот в мозге и коре надпочечников из-за снижения активности длинноцепочечной жирной ацил-коа-синтетазы. [23] Окисление длинноцепочечных жирных кислот обычно происходит в пероксисоме, где находится длинноцепочечная жирная ацил-коа-синтетаза. Длинноцепочечные жирные кислоты попадают в пероксисому через транспортный белок ALDP, который создает ворота в мембране пероксисомы . При АЛД ген этого пероксимального мембранного транспортера ALDP является дефектным, что препятствует проникновению длинноцепочечных жирных кислот в пероксисому. [24]

Примеры

Гены человека, кодирующие ферменты лигазы длинноцепочечных жирных кислот — КоА (также известные как длинноцепочечные ацил-КоА-синтетазы, или ACSL), включают:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwxyz aa ab ac PDB : 1V26 ​; Hisanaga Y, Ago H, Nakagawa N, Hamada K, Ida K, Yamamoto M, Hori T, Arii Y, Sugahara M, Kuramitsu S, Yokoyama S, Miyano M (июль 2004 г.). "Структурная основа субстрат-специфического двухшагового катализа димера длинноцепочечного жирного ацил-КоА-синтетазы". J. Biol. Chem . 279 (30): 31717–26. doi : 10.1074/jbc.M400100200 . PMID  15145952.
  2. ^ Soupene E, Kuypers FA (май 2008). "Млекопитающие длинноцепочечные ацил-КоА-синтетазы". Exp. Biol. Med. (Maywood) . 233 (5): 507–21. doi :10.3181/0710-MR-287. PMC 3377585. PMID  18375835 . 
  3. ^ Bækdal T, Schjerling CK, Hansen JK, Knudsen J (1997). «Анализ длинноцепочечных ацил-эстеров коэнзима А». В Christie W (ред.). Advances in Lipid Methodology (три изд.). Ayr, Scotland: Oily Press. стр. 109–131. ISBN 978-0-9514171-7-1.
  4. ^ abcd Qiao S, Tuohimaa P (ноябрь 2004 г.). «Витамин D3 ингибирует экспрессию синтазы жирных кислот, стимулируя экспрессию лигазы 3 длинноцепочечных жирных кислот-КоА в клетках рака простаты». FEBS Lett . 577 (3): 451–4. doi : 10.1016/j.febslet.2004.10.044 . PMID  15556626. S2CID  25190904.
  5. ^ ab Conti E, Stachelhaus T, Marahiel MA, Brick P (июль 1997 г.). «Структурная основа активации фенилаланина в нерибосомальном биосинтезе грамицидина S». EMBO J . 16 (14): 4174–83. doi :10.1093/emboj/16.14.4174. PMC 1170043 . PMID  9250661. 
  6. ^ Liu Y, Eisenberg D (июнь 2002 г.). «3D-обмен доменами: как домены продолжают обмениваться». Protein Sci . 11 (6): 1285–99. doi :10.1110/ps.0201402. PMC 2373619. PMID  12021428 . 
  7. ^ Conti E, Franks NP, Brick P (март 1996). «Кристаллическая структура люциферазы светлячков проливает свет на суперсемейство ферментов, образующих аденилат». Structure . 4 (3): 287–98. doi : 10.1016/S0969-2126(96)00033-0 . PMID  8805533.
  8. ^ May JJ, Kessler N, Marahiel MA, Stubbs MT (сентябрь 2002 г.). «Кристаллическая структура DhbE, архетипа для доменов, активирующих арильные кислоты, модульных нерибосомальных пептидсинтетаз». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 99 (19): 12120–5. Bibcode : 2002PNAS...9912120M. doi : 10.1073/pnas.182156699 . PMC 129408. PMID  12221282 . 
  9. ^ Gulick AM, Starai VJ, Horswill AR, Homick KM, Escalante-Semerena JC (март 2003 г.). «Кристаллическая структура ацетил-КоА-синтетазы 1,75 А, связанная с аденозин-5'-пропилфосфатом и коферментом А». Биохимия . 42 (10): 2866–73. doi :10.1021/bi0271603. PMID  12627952.
  10. ^ Burton DN, Collins JM, Kennan AL, Porter JW (август 1969). «Влияние пищевых и гормональных факторов на уровень синтетазы жирных кислот в печени крыс». J. Biol. Chem . 244 (16): 4510–6. doi : 10.1016/S0021-9258(18)94347-4 . PMID  5806590.
  11. ^ Craig MC, Dugan RE, Muesing RA, Slakey LL, Porter JW (июль 1972 г.). «Сравнительное влияние диетических режимов на уровни ферментов, регулирующих синтез жирных кислот и холестерина в печени крыс». Arch. Biochem. Biophys . 151 (1): 128–36. doi :10.1016/0003-9861(72)90481-X. PMID  5044513.
  12. ^ Majerus PW, Kilburn E (ноябрь 1969). «Ацетилкоэнзим А-карбоксилаза. Роль синтеза и деградации в регуляции уровней ферментов в печени крыс». J. Biol. Chem . 244 (22): 6254–62. doi : 10.1016/S0021-9258(18)63531-8 . PMID  4981792.
  13. ^ Goodridge AG (июнь 1973 г.). «Регуляция синтеза жирных кислот в изолированных гепатоцитах. Доказательства физиологической роли длинноцепочечного жирного ацильного кофермента А и цитрата». J. Biol. Chem . 248 (12): 4318–26. doi : 10.1016/S0021-9258(19)43775-7 . PMID  4145797.
  14. ^ McGee R, Spector AA (июль 1975). «Биосинтез жирных кислот в клетках Эрлиха. Механизм краткосрочного контроля экзогенными свободными жирными кислотами». J. Biol. Chem . 250 (14): 5419–25. doi : 10.1016/S0021-9258(19)41198-8 . PMID  237919.
  15. ^ Guynn RW, Veloso D, Veech RL (ноябрь 1972 г.). «Концентрация малонил-коэнзима А и контроль синтеза жирных кислот in vivo». J. Biol. Chem . 247 (22): 7325–31. doi : 10.1016/S0021-9258(19)44633-4 . PMID  4638549.
  16. ^ Numa S, Ringelmann E, Lynen F (декабрь 1965 г.). «[Об ингибировании ацетил-КоА-карбоксилазы соединениями жирной кислоты-кофермента А]». Biochem Z (на немецком языке). 343 (3): 243–57. PMID  5875764.
  17. ^ Goodridge AG (ноябрь 1972 г.). «Регулирование активности ацетилкоэнзима А карбоксилазы пальмитоилкоэнзимом А и цитратом». J. Biol. Chem . 247 (21): 6946–52. doi : 10.1016/S0021-9258(19)44677-2 . PMID  5082134.
  18. ^ Sumper M, Träuble H (февраль 1973). «Мембраны как акцепторы пальмитоил-КоА в биосинтезе жирных кислот» (PDF) . FEBS Lett . 30 (1): 29–34. doi :10.1016/0014-5793(73)80612-X. PMID  11947055. S2CID  8678424.
  19. ^ Faergeman NJ, Knudsen J (апрель 1997 г.). «Роль длинноцепочечных жирных ацил-КоА-эфиров в регуляции метаболизма и клеточной сигнализации». Biochem. J . 323 (1): 1–12. doi :10.1042/bj3230001. PMC 1218279 . PMID  9173866. 
  20. ^ Fox SR, Hill LM, Rawsthorne S, Hills MJ (декабрь 2000 г.). «Ингибирование транспортера глюкозо-6-фосфата в пластидах масличного рапса (Brassica napus L.) тиоэфирами ацил-КоА снижает синтез жирных кислот». Biochem. J . 352 (2): 525–32. doi :10.1042/0264-6021:3520525. PMC 1221485 . PMID  11085947. 
  21. ^ ab Qiao S, Tuohimaa P (июнь 2004 г.). «Роль лигазы 3 длинноцепочечных жирных кислот-КоА в контроле витамина D3 и андрогенов роста клеток рака простаты LNCaP». Biochem. Biophys. Res. Commun . 319 (2): 358–68. doi :10.1016/j.bbrc.2004.05.014. PMID  15178414.
  22. ^ Qiao S, Pennanen P, Nazarova N, Lou YR, Tuohimaa P (май 2003 г.). «Ингибирование экспрессии синтазы жирных кислот 1альфа,25-дигидроксивитамином D3 в клетках рака простаты». J. Steroid Biochem. Mol. Biol . 85 (1): 1–8. doi :10.1016/S0960-0760(03)00142-0. PMID  12798352. S2CID  54296796.
  23. ^ "Adrenoleukodystrophy Information Page". Национальный институт неврологических расстройств и инсульта (NINDS). 2009-03-18. Архивировано из оригинала 2006-05-10 . Получено 2010-01-16 .
  24. ^ Kemp S, Watkins P (2009-03-03). "жирные кислоты с очень длинной цепью и X-ALD". База данных X-сцепленной адренолейкодистрофии . Архивировано из оригинала 21 декабря 2009 г. Получено 2010-01-16 .

Внешние ссылки