stringtranslate.com

Жирно-ацил-КоА-синтаза

Жирно-ацил-КоА-синтаза , или более известная как дрожжевая жирнокислотная синтаза (не путать с длинноцепочечной жирно-ацил-КоА-синтетазой ), представляет собой ферментный комплекс, отвечающий за биосинтез жирных кислот , и относится к синтезу жирных кислот I типа (FAS). Дрожжевая жирнокислотная синтаза играет ключевую роль в синтезе жирных кислот. Это комплекс в форме бочки массой 2,6 МДа, состоящий из двух уникальных многофункциональных субъединиц: альфа и бета. [2] Вместе альфа и бета-единицы организованы в структуру α 6 β 6. [3] [4] Каталитическая активность этого ферментного комплекса включает в себя систему координации ферментативных реакций между альфа и бета-субъединицами. Таким образом, ферментный комплекс состоит из шести функциональных центров для синтеза жирных кислот. [3] [5]

Реакция

Фермент катализирует реакцию:

Ацетил-КоА + n малонил-КоА + 4n НАДФН + 4n Н + длинноцепочечный ацил-КоА + n КоА + n CO 2 + 4n НАДФ +

Четырьмя субстратами этого фермента являются ацетил-КоА , малонил-КоА , НАДФН и Н + , тогда как его четырьмя продуктами являются ацил-КоА , КоА , CO2 и НАДФ + .

Более конкретно, механизм катализа FAS потребляет ацетил-кофермент А ( ацетил-КоА ) и семь молекул малонил-КоА для получения пальмитоил-КоА . [6]

Фон

Синтез жирных кислот обычно выполняется с помощью синтазы жирных кислот (СЖК). Хотя синтез жирных кислот очень похож у всех организмов, ферменты и последующие ферментативные механизмы, участвующие в синтезе жирных кислот, различаются у эукариот и прокариот . [7] Существует два типа механизмов синтеза жирных кислот (СЖК): СЖК типа I и СЖК типа II. СЖК типа I существует у эукариот, включая клетки млекопитающих и грибы. [7] [8] СЖК типа II обнаружены у прокариот. Система СЖК типа I использует многоферментный комплекс, который высоко интегрирован, в то время как система СЖК типа II использует индивидуальные, отдельные ферменты для катализа реакций, участвующих в синтезе жирных кислот. [7] [8] Дрожжевая жирная ацилсинтаза относится к СЖК типа I и была первой из СЖК типа I, которая была изучена. [8]

Структура

Дрожжевая жирная ацилсинтаза, FAS типа I, состоит из комплекса α 6 β 6 , в котором единица αβ образует один функциональный центр для синтеза жирных кислот. Таким образом, дрожжевая жирная ацилсинтаза имеет шесть реакционных единиц для своего синтеза жирных кислот, в которых каждая из этих единиц функционирует независимо друг от друга. Каждая субъединица α и β, в свою очередь, имеет четыре функциональных домена, и вместе восемь функциональных доменов катализируют все реакции синтеза жирных кислот в дрожжах, которые включают: активацию, праймирование, удлинение и терминацию. Следовательно, дрожжевая FAS невероятно уникальна из-за своей структурной сложности, которая содержит 48 функциональных центров для одного комплекса α 6 β 6 и может эффективно выполнять 6 синтезов жирных кислот отдельно за один раз. [3]

Всего существует семь ферментативных реакций в синтезе жирных кислот. Эти реакции включают: активацию, прайминг, четыре реакции в удлинении и терминацию. Пять из этих реакций выполняются в бета-субъединице и две реакции выполняются в альфа-субъединице. [3]

Трехмерную структуру белка фермента можно найти здесь:PDB. Кристаллическая структура синтазы жирных кислот дрожжей также была получена, показывая как альфа-, так и бета-субъединицы.

Механизм

Обзор цикла синтазы: (1) Активация (апо→холо) FAS с помощью ACPS, (2) праймирование с помощью ацетил-КоА с помощью AT, (3) перенос ацетильной группы от ACP к активному центру KS, (4) трансацилирование ACP с помощью малоил-КоА с помощью MPT, конденсация Кляйзена в KS путем (5) декарбоксилирования и (6) нуклеофильная атака енолята на карбонильный углерод ацильной группы, (7) Восстановление кетогруппы до спиртовой функциональности с помощью NADH с помощью KR, (8) Дегидратация спирта до α,β-ненасыщенной ацильной группы с помощью DH, (9) Восстановление α,β-ненасыщенной карбонильной группы до насыщенной ацильной группы и, наконец, (10) перенос ацильной группы от ACP к активному центру KS, с помощью которого цикл продолжается. (11) Терминация происходит путем переноса ацильной группы жирной кислоты на КоА с помощью МПТ.

Активация

Активация дрожжевого FAS происходит в альфа-субъединице. Реакция выполняется доменом холо-(ацил-переносящий-белок)-синтазы (ACPS). ACPS присоединяет простетическую группу 4′-фосфопантетеина CoA к домену ацил-переносящего белка (ACP), который находится на N-конце α-субъединицы. [9] ACP является единственным «мобильным» доменом ферментного комплекса, в котором он перемещает промежуточные субстраты вдоль всех каталитических центров фермента, в первую очередь альфа- и бета-субъединиц. [4] [7] [9]

Грунтовка

Следующий шаг — праймирование, или инициирование синтеза жирных кислот. Праймирование осуществляется в β-субъединице и катализируется доменом ацетилтрансферазы (AT, эквивалент бактериальной (ацил-переносящей-белок) S-ацетилтрансферазы ), который инициирует процесс синтеза жирных кислот. Здесь ацетилтрансфераза переносит ацетатную группу с ацетил-КоА на SH-группу простетической группы 4′-фосфопантетеина ACP, которая была присоединена во время активации. [7]

Удлинение

Удлинение включает четыре основные реакции: [2]

  1. Ацетильная группа АЦП конденсируется с малонил-АЦП с образованием β-кетобутирил-АЦП.
  2. Затем кетобутирил-АПБ восстанавливается кетоацил-АПБ-редуктазой, образуя β-гидроксиацил-АПБ.
  3. β-гидроксиацил-АПБ затем дегидратируется с образованием еноил-АПБ.
  4. Затем еноил-АПБ восстанавливается еноил-АПБ-редуктазой (ЭР) с образованием насыщенного ацил-АПБ, который может быть снова удлинен в новом цикле удлинения.

Удлинение само по себе происходит в основном в субъединице α, хотя весь процесс, необходимый для удлинения, представляет собой скоординированную систему, включающую субъединицы α и β. Сначала ACP доставляет ацетатную группу, которая была присоединена во время праймирования, в домен кетоацилсинтазы (KS) в субъединице α. Затем ACP возвращается в субъединицу β в домен малонил/пальмитоилтрансацилазы (MPT, эквивалент бактериальной малонилтрансацилазы ) и связывается с малонилом малонил-КоА , который будет использоваться для удлинения. Недавно связанный малонил-ACP затем возвращается в домен KS и передает малонатную группу для удлинения цепи. Теперь в домене KS связанная ацильная группа конденсируется с малонатом, образуя 3-кетоацильное промежуточное соединение: β-кетобутирил-ACP, выделяя при этом углекислый газ . [7] [10]

В α-субъединице также находится домен кетоацилредуктазы (KR). Домен KR зависит от НАДФН и катализирует восстановление субстрата, при котором кетобутирил-АПБ восстанавливается до β-гидроксиацил-АПБ под действием НАДФН. [7] [10]

Затем β-гидроксиацил-АПБ переносится обратно в β-субъединицу, где он дегидратируется в домене 3-гидроксиацил-АПБ дегидразы (DH). Затем выполняется еще одна реакция восстановления в домене еноилредуктазы (ER) β-субъединицы для образования насыщенной ацил-АПБ цепи. Наконец, АПБ возвращает субстрат в домен KS α-субъединицы для еще одного цикла удлинения. Цикл удлинения часто повторяется еще 3 раза перед завершением. [7] [10]

Обратите внимание на уникальную характеристику ACP , которая жизненно важна для синтеза жирных кислот, поскольку она выполняет функцию переноса промежуточных продуктов реакции между каталитическими доменами субъединиц α и β. [9]

Прекращение

Как только цепь жирной кислоты достигает 16 или 18 атомов углерода после циклов удлинения, происходит терминация. В последнем раунде удлинения, вместо того, чтобы быть возвращенным в домен KS, продукт жирной кислоты, который все еще связан с ACP, переносится из домена ER в домен MPT. Здесь CoA присоединяется к жирной кислоте, и полученный длинноцепочечный жирный ацил-CoA высвобождается в цитозоль. [7]

Приложения

Жирные кислоты являются ключевыми компонентами клетки, поэтому регулирование или ингибирование синтеза жирных кислот имеет серьезные последствия для клеточной функции. [7] Нарушение пути синтеза жирных кислот может привести к раку и ожирению. Однако значимость синтеза жирных кислот также делает путь синтеза жирных кислот потенциальной целью для поиска и изучения противораковых и антибиотических препаратов. [2] Было обнаружено, что у людей синтаза жирных кислот чрезмерно экспрессируется в раковых клетках. Поэтому FAS, который ранее был связан только с выработкой энергии, теперь связан с агрессивным ростом опухоли и выживанием. [11] Исследования также показали, что синтаза жирных кислот человека чрезмерно экспрессируется в клетках рака простаты . [12]

Ссылки

  1. ^ Сюн, Ю.; Ломакин И.Б.; Стейтц, Т.А. (2007). «Структурные данные о дрожжевой синтазе жирных кислот». Клетка . 129 . ПКБ: 319–332. doi : 10.2210/pdb2pff/pdb.
  2. ^ abc Gipson P, Mills DJ, Wouts R, Grininger M, Vonck J, Kühlbrandt W (май 2010 г.). "Прямое структурное понимание механизма перемещения субстрата в дрожжевой жирнокислотной синтазы с помощью электронной криомикроскопии". Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 107 (20): 9164–9. Bibcode :2010PNAS..107.9164G. doi : 10.1073/pnas.0913547107 . PMC 2889056 . PMID  20231485. 
  3. ^ abcd Singh N, Wakil SJ, Stoops JK (ноябрь 1985). "Синтаза жирных кислот дрожжей: связь структуры и функции". Биохимия . 24 (23): 6598–602. doi :10.1021/bi00344a044. PMID  3910094.
  4. ^ ab Stoops JK, Singh N, Wakil SJ (октябрь 1990 г.). "Синтаза жирных кислот дрожжей. Путь переноса ацетильной группы от кофермента A к Cys-SH участка конденсации". J. Biol. Chem . 265 (28): 16971–7. doi : 10.1016/S0021-9258(17)44855-1 . PMID  2211602.
  5. ^ Mohamed AH, Chirala SS, Mody NH, Huang WY, Wakil SJ (сентябрь 1988 г.). «Первичная структура многофункционального альфа-субъединичного белка дрожжевой жирнокислотной синтазы, полученная из последовательности гена FAS2». J. Biol. Chem . 263 (25): 12315–25. doi : 10.1016/S0021-9258(18)37757-3 . PMID  2900835.
  6. ^ Advanced Light Source. "Первый взгляд на Yeast Fatty Acid Synthase". Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли, Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала 2008-09-16.
  7. ^ abcdefghij Ломакин ИБ, Сюн Й, Стейтц ТА (апрель 2007 г.). «Кристаллическая структура синтазы жирных кислот дрожжей, клеточной машины с восемью активными центрами, работающими вместе». Cell . 129 (2): 319–32. doi : 10.1016/j.cell.2007.03.013 . PMID  17448991. S2CID  8209424.
  8. ^ abc "Биосинтез жирных кислот MetaCyc (дрожжи)". MetaCyc . SRI International.
  9. ^ abc Leibundgut M, Jenni S, Frick C, Ban N (апрель 2007 г.). "Структурная основа доставки субстрата ацилпереносящим белком в синтазе жирных кислот дрожжей". Science . 316 (5822): 288–90. Bibcode :2007Sci...316..288L. doi :10.1126/science.1138249. PMID  17431182. S2CID  32176226.
  10. ^ abc Wakil, Salih; Stoops, J.; Joshi, V. (1983). «Синтез жирных кислот и его регуляция». Annu. Rev. Biochem . 52 : 537–579. doi : 10.1146/annurev.bi.52.070183.002541. PMID  6137188.
  11. ^ Kuhajda, Francis (март 2000). «Синтаза жирных кислот и рак человека: новые перспективы ее роли в биологии опухолей». Nutrition . 16 (3): 202–208. doi : 10.1016/s0899-9007(99)00266-x . PMID  10705076.
  12. ^ Барон, Антонелла и др. (январь 2004 г.). «Синтаза жирных кислот: метаболический онкоген при раке простаты». Журнал клеточной биохимии . 91 (1): 47–53. doi :10.1002/jcb.10708. PMID  14689581. S2CID  26175683.

Дальнейшее чтение