Коэнзим А ( КоА , SHCoA , CoASH ) — это кофермент , известный своей ролью в синтезе и окислении жирных кислот , а также окислении пирувата в цикле лимонной кислоты . Все геномы , секвенированные на сегодняшний день, кодируют ферменты, которые используют кофермент А в качестве субстрата , и около 4% клеточных ферментов используют его (или тиоэфир ) в качестве субстрата. У людей биосинтез КоА требует цистеина , пантотената (витамина B5 ) и аденозинтрифосфата (АТФ). [2]
В своей ацетильной форме кофермент А является высокоуниверсальной молекулой, выполняющей метаболические функции как в анаболических, так и в катаболических путях. Ацетил-КоА используется в посттрансляционной регуляции и аллостерической регуляции пируватдегидрогеназы и карбоксилазы для поддержания и поддержки разделения синтеза и деградации пирувата . [3]
Коэнзим А был идентифицирован Фрицем Липманном в 1946 году [4], который позже дал ему название. Его структура была определена в начале 1950-х годов в Институте Листера в Лондоне совместно Липманном и другими сотрудниками Гарвардской медицинской школы и Массачусетской больницы общего профиля . [5] Липманн изначально намеревался изучить перенос ацетила у животных, и в ходе этих экспериментов он заметил уникальный фактор, который не присутствовал в экстрактах ферментов, но был очевиден во всех органах животных. Он смог выделить и очистить фактор из печени свиньи и обнаружил, что его функция была связана с коферментом, который был активен в ацетилировании холина . [6] Работа с Беверли Гирард , Натаном Капланом и другими определила, что пантотеновая кислота является центральным компонентом кофермента А. [7] [8] Кофермент был назван коферментом А, что означает «активация ацетата». В 1953 году Фриц Липманн получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине «за открытие кофермента А и его значения для промежуточного метаболизма». [6] [9]
Коэнзим А естественным образом синтезируется из пантотената (витамина B5 ) , который содержится в таких продуктах питания, как мясо, овощи, зерновые культуры, бобовые, яйца и молоко. [10] У людей и большинства живых организмов пантотенат является незаменимым витамином, который выполняет множество функций. [11] У некоторых растений и бактерий, включая Escherichia coli , пантотенат может синтезироваться de novo и поэтому не считается незаменимым. Эти бактерии синтезируют пантотенат из аминокислоты аспартата и метаболита в биосинтезе валина. [12]
Во всех живых организмах кофермент А синтезируется в ходе пятиэтапного процесса, для которого требуются четыре молекулы АТФ, пантотената и цистеина [13] (см. рисунок):
Сокращения номенклатуры ферментов в скобках представляют ферменты млекопитающих, других эукариотических и прокариотических ферментов соответственно. У млекопитающих шаги 4 и 5 катализируются бифункциональным ферментом, называемым COASY . [14] Этот путь регулируется ингибированием продукта. CoA является конкурентным ингибитором пантотенаткиназы, которая обычно связывает АТФ. [12] Кофермент A, три АДФ, один монофосфат и один дифосфат собираются в результате биосинтеза. [13]
Кофермент А может быть синтезирован альтернативными путями, когда внутриклеточный уровень кофермента А снижен и путь de novo нарушен. [15] В этих путях кофермент А должен быть предоставлен из внешнего источника, такого как пища, чтобы произвести 4′-фосфопантетеин . Эктонуклеотидпирофосфаты (ENPP) расщепляют кофермент А до 4′-фосфопантетеина, стабильной молекулы в организмах. Белки-переносчики ацила (ACP) (такие как ACP-синтаза и деградация ACP) также используются для производства 4′-фосфопантетеина. Этот путь позволяет восполнять 4′-фосфопантетеин в клетке и позволяет преобразовывать его в кофермент А через ферменты PPAT и PPCK. [16]
В статье 2024 года [ требуется ссылка ] подробно описан вероятный механизм химического синтеза компонента пантетеина (основной функциональной части) кофермента А в изначальном пребиотическом мире.
Коэнзим А производится в коммерческих целях путем экстракции из дрожжей, однако это неэффективный процесс (выход около 25 мг/кг), что приводит к дороговизне продукта. Были исследованы различные способы получения КоА синтетическим или полусинтетическим путем, хотя ни один из них в настоящее время не работает в промышленных масштабах. [17]
Поскольку кофермент А является, с химической точки зрения, тиолом , он может реагировать с карбоновыми кислотами с образованием тиоэфиров , таким образом функционируя как переносчик ацильной группы. Он помогает переносить жирные кислоты из цитоплазмы в митохондрии . Молекула кофермента А, несущая ацильную группу , также называется ацил-КоА . Когда она не присоединена к ацильной группе, ее обычно называют «CoASH» или «HSCoA». Этот процесс облегчает выработку жирных кислот в клетках, которые необходимы в структуре клеточной мембраны.
Кофермент А также является источником группы фосфопантетеина , которая добавляется в качестве простетической группы к белкам, таким как ацилпереносящий белок и формилтетрагидрофолатдегидрогеназа . [18] [19]
Коэнзим А является одним из пяти важнейших коферментов, которые необходимы в механизме реакции цикла лимонной кислоты . Его форма ацетил-коэнзима А является основным входом в цикл лимонной кислоты и получается из гликолиза , метаболизма аминокислот и бета-окисления жирных кислот. Этот процесс является основным катаболическим путем организма и необходим для расщепления строительных блоков клетки, таких как углеводы , аминокислоты и липиды . [20]
При избытке глюкозы кофермент А используется в цитозоле для синтеза жирных кислот. [21] Этот процесс осуществляется путем регуляции ацетил-КоА-карбоксилазы , которая катализирует обязательный этап синтеза жирных кислот. Инсулин стимулирует ацетил-КоА-карбоксилазу, тогда как адреналин и глюкагон подавляют ее активность. [22]
Во время голодания клеток синтезируется кофермент А, который переносит жирные кислоты из цитозоля в митохондрии. Здесь образуется ацетил-КоА для окисления и производства энергии. [21] В цикле лимонной кислоты кофермент А действует как аллостерический регулятор в стимуляции фермента пируватдегидрогеназы .
Открытие новой антиоксидантной функции кофермента А подчеркивает его защитную роль во время клеточного стресса. Клетки млекопитающих и бактерий, подвергнутые окислительному и метаболическому стрессу, демонстрируют значительное увеличение ковалентной модификации остатков цистеина белка коферментом А. [23] [24] Эта обратимая модификация называется коАляцией белка (Protein-S-SCoA), которая играет аналогичную роль глутатионилированию белка S, предотвращая необратимое окисление тиоловой группы остатков цистеина.
Используя антитело к коферменту А [25] и методики жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией ( ЖХ-МС/МС ), было идентифицировано более 2000 CoAlated белков из подвергнутых стрессу клеток млекопитающих и бактерий. [26] Большинство этих белков участвуют в клеточном метаболизме и реакции на стресс. [26] Различные исследования были сосредоточены на расшифровке регуляции белков, опосредованной коферментом А. При CoAlation белка сообщается об ингибировании каталитической активности различных белков (например, супрессора метастазов NME1 , пероксиредоксина 5 , GAPDH и других). [27] [28] [24] [29] Для восстановления активности белка важную роль играют антиоксидантные ферменты, которые восстанавливают дисульфидную связь между коферментом А и остатком цистеина белка. Этот процесс называется деCoAlation белка. На сегодняшний день показано, что два бактериальных белка, тиоредоксин А и тиоредоксин-подобный белок (YtpP), деКоАлируют белки. [30]
Коэнзим А доступен у различных поставщиков химических веществ в виде свободной кислоты и литиевых или натриевых солей. Свободная кислота коэнзима А заметно нестабильна, при этом деградация составляет около 5% после 6 месяцев хранения при температуре −20 °C [1] и почти полная деградация после 1 месяца при температуре 37 °C [31] . Литиевые и натриевые соли Коэнзима А более стабильны, при этом незначительная деградация наблюдается в течение нескольких месяцев при различных температурах [32] . Водные растворы коэнзима А нестабильны при pH выше 8, при этом 31% активности теряется через 24 часа при 25 °C и pH 8. Исходные растворы Коэнзима А относительно стабильны при замораживании при pH 2–6. Основным путем потери активности Коэнзима А, вероятно, является окисление Коэнзима А воздухом до дисульфидов Коэнзима А. Смешанные дисульфиды Коэнзима А, такие как Коэнзим А - S - S -глутатион, являются часто отмечаемыми загрязнителями в коммерческих препаратах Коэнзима А. [1] Свободный КоА можно регенерировать из дисульфида КоА и смешанных дисульфидов КоА с помощью восстановителей, таких как дитиотреитол или 2-меркаптоэтанол .
