stringtranslate.com

Коэнзим А

Коэнзим А ( CoA , SHCoA , CoASH ) — кофермент , играющий важную роль 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 человека биосинтез КоА требует цистеина , пантотената (витамина B 5 ) и аденозинтрифосфата (АТФ). [2]

В своей ацетильной форме коэнзим А представляет собой очень универсальную молекулу, выполняющую метаболические функции как на анаболическом , так и на катаболическом пути. Ацетил-КоА используется в посттрансляционной регуляции и аллостерической регуляции пируватдегидрогеназы и карбоксилазы для поддержания и поддержки разделения синтеза и деградации пирувата . [3]

Открытие структуры

Структура кофермента А: 1:3'-фосфоаденозин. 2: дифосфат, фосфорорганический ангидрид. 3: пантоевая кислота. 4: β-аланин. 5: цистеамин.

Коэнзим А был идентифицирован Фрицем Липманом в 1946 году [4] , который позже и дал ему свое 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 первоначально намеревался изучить перенос ацетила на животных, и в результате этих экспериментов он заметил уникальный фактор, который не присутствовал в экстрактах ферментов, но был очевиден во всех органах животных. Ему удалось выделить и очистить этот фактор из печени свиньи и обнаружить, что его функция связана с коферментом, который активно участвует в ацетилировании холина. [6] Работа с Беверли Жирар , Натаном Капланом и другими определила, что пантотеновая кислота является центральным компонентом кофермента А. [7] [8] Коэнзим был назван коэнзимом 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]

Биосинтез

Коэнзим А естественным образом синтезируется из пантотената (витамина В 5 ), который содержится в таких продуктах, как мясо, овощи, зерновые, бобовые, яйца и молоко. [10] В организме человека и большинства живых организмов пантотенат является важным витамином, выполняющим множество функций. [11]  В некоторых растениях и бактериях, включая Escherichia coli , пантотенат может синтезироваться de novo и поэтому не считается незаменимым. Эти бактерии синтезируют пантотенат из аминокислоты аспартата и метаболита при биосинтезе валина. [12]

Во всех живых организмах коэнзим А синтезируется в пятиэтапном процессе, для которого требуются четыре молекулы АТФ, пантотената и цистеина [13] (см. рисунок):

Подробности биосинтетического пути синтеза КоА из пантотеновой кислоты.
  1. Пантотенат (витамин B 5 ) фосфорилируется до 4'-фосфопантотената ферментом пантотенаткиназой (PanK; CoaA; CoaX). Это обязательный этап биосинтеза КоА, требующий АТФ. [12]
  2. Цистеин присоединяется к 4'-фосфопантотенату с помощью фермента фосфопантотеноилцистеинсинтетазы (PPCS; CoaB) с образованием 4'-фосфо- N -пантотеноилцистеина (PPC). Этот этап сопровождается гидролизом АТФ. [12]
  3. PPC декарбоксилируется до 4'-фосфопантетеина с помощью фосфопантотеноилцистеиндекарбоксилазы (PPC-DC; CoaC).
  4. 4'-фосфопантетеин аденилируется (или, точнее, АМпилируется ) с образованием дефосфо-КоА с помощью фермента фосфопантетеин-аденилаттрансферазы (COASY; PPAT; CoaD).
  5. Наконец, дефосфо-КоА фосфорилируется до кофермента А с помощью фермента дефосфокофермент-киназы А (COASY, DPCK; CoaE). Этот последний шаг требует АТФ. [12]

Сокращения номенклатуры ферментов в скобках обозначают ферменты млекопитающих, других эукариот и прокариот соответственно. У млекопитающих этапы 4 и 5 катализируются бифункциональным ферментом COASY . [14] Этот путь регулируется ингибированием продукта. КоА является конкурентным ингибитором пантотенаткиназы, которая в норме связывает АТФ. [12] Коэнзим А, три АДФ, один монофосфат и один дифосфат образуются в результате биосинтеза. [13]

Коэнзим А может синтезироваться альтернативными путями, когда внутриклеточный уровень кофермента А снижается и путь de novo нарушается. [15] В этих путях коэнзим А должен поступать из внешнего источника, например, из пищи, чтобы производить 4'-фосфопантетеин . Эктонуклеотидпирофосфаты (ENPP) расщепляют кофермент А до 4'-фосфопантетеина, стабильной молекулы в организмах. Ацильные белки-переносчики (ACP) (такие как ACP-синтаза и деградация ACP) также используются для производства 4'-фосфопантетеина. Этот путь позволяет пополнять запасы 4'-фосфопантетеина в клетке и превращать его в кофермент А посредством ферментов PPAT и PPCK. [16]

В статье 2024 года подробно описан вероятный механизм химического синтеза пантеинового компонента (основной функциональной части) коэнзима А в первозданном пребиотическом мире.

Коммерческое производство

Коэнзим А производится в промышленных масштабах путем экстракции из дрожжей, однако это неэффективный процесс (выход примерно 25 мг/кг), в результате чего продукт получается дорогой. Были исследованы различные способы синтетического или полусинтетического производства КоА, хотя ни один из них в настоящее время не работает в промышленном масштабе. [17]

Функция

Синтез жирных кислот

Поскольку коэнзим А с химической точки зрения является тиолом , он может реагировать с карбоновыми кислотами с образованием тиоэфиров , действуя таким образом как переносчик ацильной группы. Он помогает переносить жирные кислоты из цитоплазмы в митохондрии . Молекулу кофермента А, несущую ацильную группу, также называют ацил-КоА . Когда он не связан с ацильной группой, его обычно называют «CoASH» или «HSCoA». Этот процесс облегчает выработку в клетках жирных кислот, которые необходимы для структуры клеточных мембран.

Коэнзим А также является источником фосфопантетеиновой группы, которая добавляется в качестве простетической группы к белкам, таким как ациловый белок-носитель и формилтетрагидрофолатдегидрогеназа . [18] [19]

Некоторые источники, из которых поступает и используется CoA в клетке.

Производство энергии

Коэнзим А является одним из пяти важнейших коферментов, которые необходимы в механизме реакции цикла лимонной кислоты . Его форма ацетил-кофермента А является основным вкладом в цикл лимонной кислоты и получается в результате гликолиза , метаболизма аминокислот и бета-окисления жирных кислот. Этот процесс является основным катаболическим путем организма и необходим для разрушения строительных блоков клетки, таких как углеводы , аминокислоты и липиды . [20]

Регулирование

При избытке глюкозы кофермент А используется в цитозоле для синтеза жирных кислот. [21] Этот процесс реализуется путем регуляции ацетил-КоА-карбоксилазы , которая катализирует обязательную стадию синтеза жирных кислот. Инсулин стимулирует ацетил-КоА-карбоксилазу, а адреналин и глюкагон ингибируют ее активность. [22]

Во время клеточного голодания синтезируется коэнзим А, который транспортирует жирные кислоты из цитозоля в митохондрии. Здесь ацетил-КоА генерируется для окисления и производства энергии. [21] В цикле лимонной кислоты коэнзим А действует как аллостерический регулятор, стимулируя фермент пируватдегидрогеназу .

Антиоксидантная функция и регуляция

Открытие новой антиоксидантной функции коэнзима А подчеркивает его защитную роль во время клеточного стресса. Клетки млекопитающих и бактерий , подвергнутые окислительному и метаболическому стрессу, демонстрируют значительное увеличение ковалентной модификации белковых остатков цистеина коферментом А. роль белка S -глутатионилирования путем предотвращения необратимого окисления тиоловой группы остатков цистеина.

Используя антитела против коэнзима А [25] и методологии жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии ( ЖХ-МС/МС ), более 2000 коалатированных белков были идентифицированы из стрессированных 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. Сообщается , что при коаляции белка ингибируется каталитическая активность различных белков (например, супрессора метастазов NME1 , пероксиредоксина 5 , GAPDH и других). [27] [28] [24] [29] В восстановлении активности белка важную роль играют антиоксидантные ферменты, восстанавливающие дисульфидную связь между коферментом А и остатком цистеина в белке. Этот процесс называется декоаляцией белка. На данный момент показано, что два бактериальных белка, тиоредоксин А и тиоредоксин-подобный белок (YtpP), декоалатируют белки. [30]

Использование в биологических исследованиях

Коэнзим А доступен у различных поставщиков химикатов в виде свободной кислоты и солей лития или натрия . Свободная кислота коэнзима А заметно нестабильна: деградация около 5% наблюдается через 6 месяцев при хранении при -20 °C [1] и почти полная деградация через 1 месяц при 37 °C. [31] Литиевые и натриевые соли КоА более стабильны, при этом наблюдается незначительная деградация 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 КоА относительно стабильны при замораживании при pH 2–6. Основным путем потери активности КоА, вероятно, является окисление КоА воздухом до дисульфидов КоА. Смешанные дисульфиды КоА, такие как КоА- S - S -глутатион, обычно являются примесями в коммерческих препаратах КоА. [1] Свободный КоА можно регенерировать из дисульфида КоА и смешанных дисульфидов КоА с помощью восстановителей, таких как дитиотреитол или 2-меркаптоэтанол .

Неисчерпывающий список ацильных групп, активируемых коферментом А.

Рекомендации

  1. ^ abcd Доусон RM, Эллиотт, округ Колумбия, Эллиотт WH, Джонс К.М. (2002). Данные для биохимических исследований (3-е изд.). Кларендон Пресс. стр. 118–119. ISBN 978-0-19-855299-4.
  2. ^ Догерти М., Полануйер Б., Фаррелл М., Шолле М., Ликидис А., де Креси-Лагард В., Остерман А. (июнь 2002 г.). «Полное восстановление пути биосинтеза кофермента А человека посредством сравнительной геномики». Журнал биологической химии . 277 (24): 21431–21439. дои : 10.1074/jbc.M201708200 . ПМИД  11923312.
  3. ^ «Коэнзим А: когда мало, значит сильно» . www.asbmb.org . Архивировано из оригинала 20 декабря 2018 г. Проверено 19 декабря 2018 г.
  4. ^ Липманн Ф, Каплан НЕТ (1946). «Общий фактор ферментативного ацетилирования сульфаниламида и холина». Журнал биологической химии . 162 (3): 743–744. дои : 10.1016/S0021-9258(17)41419-0 .
  5. ^ Бэддили Дж., Тейн Э.М., Новелли Г.Д., Липманн Ф. (январь 1953 г.). «Структура кофермента А». Природа . 171 (4341): 76. Бибкод :1953Natur.171...76B. дои : 10.1038/171076a0 . PMID  13025483. S2CID  630898.
  6. ^ аб Кресге Н., Симони Р.Д., Хилл Р.Л. (27 мая 2005 г.). «Фриц Липманн и открытие коэнзима А». Журнал биологической химии . 280 (21): е18. ISSN  0021-9258. Архивировано из оригинала 12 апреля 2019 г. Проверено 24 октября 2017 г.
  7. ^ Липманн Ф, Каплан НЕТ (март 1947 г.). «Кофермент ацетилирования, производное пантотеновой кислоты». Журнал биологической химии . 167 (3): 869–870. дои : 10.1016/S0021-9258(17)30973-0 . ПМИД  20287921.
  8. ^ Липманн Ф., Каплан Н.О., Новелли Г.Д., Таттл Л.К., Гирард Б.М. (сентябрь 1950 г.). «Выделение коэнзима А». Журнал биологической химии . 186 (1): 235–243. дои : 10.1016/S0021-9258(18)56309-2 . ПМИД  14778827.
  9. ^ "Фритц Липманн - Факты". Нобелевская премия . Нобель Медиа АБ. 2014 . Проверено 8 ноября 2017 г.
  10. ^ «Витамин B5 (пантотеновая кислота)» . Медицинский центр Университета Мэриленда . Архивировано из оригинала 18 октября 2017 г. Проверено 8 ноября 2017 г.
  11. ^ «Пантотеновая кислота (витамин B5): добавки MedlinePlus» . medlineplus.gov . Архивировано из оригинала 22 декабря 2017 г. Проверено 10 декабря 2017 г.
  12. ^ abcde Леонарди Р., Джековски С. (апрель 2007 г.). «Биосинтез пантотеновой кислоты и кофермента А». ЭкоСал Плюс . 2 (2). дои : 10.1128/ecosalplus.3.6.3.4. ПМЦ 4950986 . ПМИД  26443589. 
  13. ^ аб Леонарди Р., Чжан Ю.М., Rock CO, Джековски С. (2005). «Коэнзим А: снова в действии». Прогресс в исследованиях липидов . 44 (2–3): 125–153. doi :10.1016/j.plipres.2005.04.001. ПМИД  15893380.
  14. ^ Эверс С., Зейтц А., Ассманн Б., Опладен Т., Карх С., Хиндерхофер К. и др. (июль 2017 г.). «Диагностика CoPAN с помощью секвенирования всего экзома: пробуждение спящего тигрового глаза». Американский журнал медицинской генетики. Часть А. 173 (7): 1878–1886. doi : 10.1002/ajmg.a.38252. PMID  28489334. S2CID  27153945.
  15. ^ де Вильерс М., Штраус Э. (октябрь 2015 г.). «Метаболизм: запуск биосинтеза КоА». Химическая биология природы . 11 (10): 757–758. дои : 10.1038/nchembio.1912. ПМИД  26379022.
  16. ^ Сибон OC, Штраус Э (октябрь 2016 г.). «Коэнзим А: производить или потреблять?». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 17 (10): 605–606. дои : 10.1038/номер.2016.110. PMID  27552973. S2CID  10344527.
  17. ↑ Мутерде Л.М., Стюарт Дж.Д. (19 декабря 2018 г.). «Выделение и синтез одного из важнейших кофакторов метаболизма: коэнзима А» (PDF) . Исследования и разработки органических процессов . 23 :19–30. doi : 10.1021/acs.oprd.8b00348. S2CID  92802641.
  18. ^ Эловсон Дж., Vagelos PR (июль 1968 г.). «Белок-носитель ацила. X. Синтетаза белка-переносчика ацила». Журнал биологической химии . 243 (13): 3603–3611. дои : 10.1016/S0021-9258(19)34183-3 . ПМИД  4872726.
  19. ^ Стрикленд К.К., Хоферлин Л.А., Олейник Н.В., Крупенко Н.И., Крупенко С.А. (январь 2010 г.). «Специфическая к белку-переносчику ацила 4'-фосфопантетеинилтрансфераза активирует 10-формилтетрагидрофолатдегидрогеназу». Журнал биологической химии . 285 (3): 1627–1633. дои : 10.1074/jbc.M109.080556 . ПМК 2804320 . ПМИД  19933275. 
  20. ^ Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). «Глава 2: Как клетки получают энергию из пищи». Молекулярная биология клетки (4-е изд.).
  21. ^ Аб Ши Л, Ту Б.П. (апрель 2015 г.). «Ацетил-КоА и регуляция обмена веществ: механизмы и последствия». Современное мнение в области клеточной биологии . 33 : 125–131. doi :10.1016/j.ceb.2015.02.003. ПМЦ 4380630 . ПМИД  25703630. 
  22. ^ Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2002). «Ацетил-коэнзим А-карбоксилаза играет ключевую роль в контроле метаболизма жирных кислот». Биохимия .
  23. ^ Цучия Ю., Пик-Чью С.Ю., Ньюэлл С., Миллер-Айду С., Мангал С., Живолуп А. и др. (июль 2017 г.). «Коаляция белков: редокс-регулируемая модификация белка с помощью кофермента А в клетках млекопитающих». Биохимический журнал . 474 (14): 2489–2508. дои : 10.1042/BCJ20170129. ПМК 5509381 . ПМИД  28341808. 
  24. ^ аб Цучия Ю, Живолуп А, Бакович Дж, Томас Н, Ю БЯ, Дас С и др. (июнь 2018 г.). «Коаляция белков и антиоксидантная функция кофермента А в прокариотических клетках». Биохимический журнал . 475 (11): 1909–1937. дои : 10.1042/BCJ20180043. ПМЦ 5989533 . ПМИД  29626155. 
  25. ^ Маланчук О.М., Панасюк Г.Г., Сербин Н.М., Подагра И.Т., Филоненко В.В. (2015). «Получение и характеристика моноклональных антител, специфичных к коферменту А». Биополимеры и клетки . 31 (3): 187–192. дои : 10.7124/bc.0008DF . ISSN  0233-7657.
  26. ^ ab Тосунян М.А., Бачинска М., Далтон В., Ньюэлл С., Ма Ю., Дас С. и др. (июль 2022 г.). «Профилирование места взаимодействия белков коагуляции и стабилизации кофермента А». Антиоксиданты . 11 (7): 1362. doi : 10.3390/antiox11071362 . ПМЦ 9312308 . ПМИД  35883853. 
  27. ^ Тосунян М.А., Чжан Б., Подагра I (декабрь 2020 г.). «Писатели, читатели и ластики в окислительно-восстановительной регуляции GAPDH». Антиоксиданты . 9 (12): 1288. doi : 10.3390/antiox9121288 . ПМЦ 7765867 . ПМИД  33339386. 
  28. ^ Ю БЯ, Тосунян М.А., Христов С.Д., Лоуренс Р., Арора П., Цучия Ю. и др. (август 2021 г.). «Регуляция супрессора метастазов NME1 с помощью ключевого метаболического кофактора кофермента А». Редокс-биология . 44 : 101978. doi : 10.1016/j.redox.2021.101978. ПМЦ 8212152 . ПМИД  33903070. 
  29. ^ Бакович Дж., Ю Б.Я., Сильва Д., Чу С.П., Ким С., Ан Ш. и др. (ноябрь 2019 г.). «Ключевой метаболический интегратор, коэнзим А, модулирует активность пероксиредоксина 5 посредством ковалентной модификации». Молекулярная и клеточная биохимия . 461 (1–2): 91–102. doi : 10.1007/s11010-019-03593-w. ПМК 6790197 . ПМИД  31375973. 
  30. ^ Тосунян М.А., Бачинска М., Далтон В., Пик-Чью С.Ю., Ундзенас К., Корза Г. и др. (апрель 2023 г.). «Bacillus subtilis YtpP и тиоредоксин А — новые игроки в механизме защиты, опосредованном коэнзимом А, от клеточного стресса». Антиоксиданты . 12 (4): 938. doi : 10.3390/antiox12040938 . ПМЦ 10136147 . ПМИД  37107313. 
  31. ^ «Технические данные коэнзима А свободной кислоты» (PDF) . Восточные дрожжи, ООО.
  32. ^ «Информация о литиевой соли коэнзима А» (PDF) . Восточные дрожжи, ООО.

Библиография

Викискладе есть медиафайлы, связанные с коэнзимом А.