stringtranslate.com

Цитратсинтаза

Цитратсинтаза ( EC 2.3.3.1 (ранее 4.1.3.7)) — фермент , который существует практически во всех живых клетках. Он функционирует как фермент, задающий ритм на первом этапе цикла лимонной кислоты (или цикла Кребса ). [5] Цитратсинтаза находится в эукариотических клетках в митохондриальном матриксе , но кодируется ядерной ДНК , а не митохондриальной. Он синтезируется с помощью цитоплазматических рибосом , а затем транспортируется в митохондриальный матрикс.

Цитратсинтаза обычно используется в качестве количественного ферментного маркера наличия неповрежденных митохондрий . Максимальная активность цитратсинтазы указывает на митохондриальное содержание скелетных мышц. [6] Максимальная активность может быть увеличена с помощью тренировки на выносливость или высокоинтенсивной интервальной тренировки , [6] но максимальная активность еще больше увеличивается с помощью высокоинтенсивной интервальной тренировки. [7]

Цитратсинтаза катализирует реакцию конденсации двухуглеродного остатка ацетата из ацетилкофермента А и молекулы четырехуглеродного оксалоацетата с образованием шестиуглеродного цитрата : [5]

Оксалоацетат регенерируется после завершения одного раунда цикла Кребса.

Оксалоацетат является первым субстратом, связывающимся с ферментом. Это побуждает фермент изменить свою конформацию и создает сайт связывания для ацетил-КоА. Только после того, как этот цитрил-КоА сформируется, другое конформационное изменение вызовет гидролиз тиоэфира и высвобождение кофермента А. Это гарантирует, что энергия, высвобождаемая при разрыве тиоэфирной связи, будет управлять конденсацией.

Структура

437 аминокислотных остатков цитратсинтазы организованы в две основные субъединицы, каждая из которых состоит из 20 альфа-спиралей. Эти альфа-спирали составляют приблизительно 75% третичной структуры цитратсинтазы , в то время как остальные остатки в основном составляют нерегулярные расширения структуры, за исключением одного бета-слоя из 13 остатков. Между этими двумя субъединицами существует одна щель, содержащая активный сайт. В ней можно найти два сайта связывания: один зарезервирован для цитрата или оксалоацетата, а другой для кофермента А. Активный сайт содержит три ключевых остатка: His274, His320 и Asp375, которые высокоселективны в своих взаимодействиях с субстратами. [8] На соседних изображениях показана третичная структура цитратсинтазы в ее открытой и закрытой форме. Фермент переходит из открытой в закрытую при добавлении одного из своих субстратов (например, оксалоацетата). [9]

Функция

Механизм

Цитратсинтаза имеет три ключевые аминокислоты в своем активном центре (известные как каталитическая триада ), которые катализируют превращение ацетил-КоА [H 3 CC(=O)−SCoA] и оксалоацетата [ − O 2 CCH 2 C(=O)CO 2 − ] в цитрат [ − O 2 CCH 2 C(OH)(CO 2 − )CH 2 CO 2 − ] и H−SCoA в реакции альдольной конденсации . Продукт цитрата называется прохиральным. [10] Это преобразование начинается с отрицательно заряженного атома кислорода боковой цепи карбоксилата Asp-375, депротонирующего альфа-атом углерода ацетил-КоА с образованием енолят-аниона, который, в свою очередь, нейтрализуется протонированием His-274 с образованием енольного промежуточного соединения [H 2 C=C(OH)−SCoA]. В этот момент неподеленная пара электронов эпсилон-азота на His-274, образованная на последнем этапе, отрывает гидроксильный енольный протон с образованием енолят-аниона, который инициирует нуклеофильную атаку на карбонильный углерод оксалоацетата [ − O 2 CCH 2 C(=O)CO 2 − ], который, в свою очередь, депротонирует эпсилон-атом азота His-320. Это нуклеофильное присоединение приводит к образованию цитроил-КоА [ − O 2 CCH 2 CH(CO 2 − )CH 2 C(=O)−SCoA]. В этот момент молекула воды депротонируется эпсилон-атомом азота His-320, и начинается гидролиз . Одна из неподеленных пар кислорода нуклеофильно атакует карбонильный углерод цитроил-КоА. Это образует тетраэдрический промежуточный продукт и приводит к выбросу −SCoA по мере реформирования карбонила. −SCoA протонируется с образованием HSCoA. Наконец, гидроксил, добавленный к карбонилу на предыдущем этапе, депротонируется, и образуется цитрат [ − O 2 CCH 2 C(OH)(CO 2 − )CH 2 CO 2 − ]. [11]

Механизм цитратсинтазы (включая задействованные остатки)

Ингибирование

Фермент ингибируется высокими соотношениями АТФ : АДФ и НАДН : НАД , поскольку высокие концентрации АТФ и НАДН показывают, что запас энергии для клетки высок. Он также ингибируется сукцинил-КоА и пропионил-КоА, который напоминает ацетил-КоА и действует как конкурентный ингибитор ацетил-КоА и неконкурентный ингибитор оксалоацетата. [12] Цитрат ингибирует реакцию и является примером ингибирования продукта. Ингибирование цитратсинтазы аналогами ацетил-КоА также было хорошо документировано и использовалось для доказательства существования одного активного центра. Эти эксперименты показали, что этот единственный центр чередуется между двумя формами, которые участвуют в активности лигазы и гидролазы соответственно. [9] Этот белок может использовать модель аллостерической регуляции морфеина . [13]

Ссылки

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000062485 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000005683 – Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ ab Wiegand G, Remington SJ (1986). «Цитратсинтаза: структура, контроль и механизм». Annual Review of Biophysics and Biophysical Chemistry . 15 : 97–117. doi :10.1146/annurev.bb.15.060186.000525. PMID  3013232.
  6. ^ ab Gillen JB, Martin BJ, MacInnis MJ, Skelly LE, Tarnopolsky MA, Gibala MJ (2016). «Двенадцать недель интервальных спринтерских тренировок улучшают показатели кардиометаболического здоровья, аналогичные традиционным тренировкам на выносливость, несмотря на пятикратный меньший объем упражнений и временные затраты». PLOS One . 11 (4): e0154075. Bibcode : 2016PLoSO..1154075G. doi : 10.1371/journal.pone.0154075 . PMC 4846072. PMID  27115137 . 
  7. ^ MacInnis MJ, Zacharewicz E, Martin BJ, Haikalis ME, Skelly LE, Tarnopolsky MA, Murphy RM, Gibala MJ (2017). «Превосходные митохондриальные адаптации в скелетных мышцах человека после интервальной езды по сравнению с непрерывной ездой на велосипеде на одной ноге, соответствующие общей работе». Журнал физиологии . 595 (9): 2955–2968. doi :10.1113/JP272570. PMC 5407978. PMID 27396440  . 
  8. ^ Goodsell DS (1 сентября 2007 г.). «Цитратсинтаза». Молекула месяца . Банк данных белков RCSB. doi :10.2210/rcsb_pdb/mom_2007_9.; PDB : 1CSC, 5CSC, 5CTS
  9. ^ ab Bayer E, Bauer B, Eggerer H (ноябрь 1981 г.). «Доказательства исследований ингибиторов для конформационных изменений цитратсинтазы». European Journal of Biochemistry . 120 (1): 155–60. doi :10.1111/j.1432-1033.1981.tb05683.x. PMID  7308213.
  10. ^ Hölsch K, Weuster-Botz D (август 2010 г.). «Энантиоселективное восстановление прохиральных кетонов с помощью сконструированных бифункциональных слитых белков». Биотехнология и прикладная биохимия . 56 (4): 131–140. doi :10.1042/BA20100143. PMID  20590527. S2CID  9150611.
  11. ^ Cox DL, Nelson MM (2005). Lehninger Principles of Biochemistry (4-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. С. 608−9. ISBN 978-0-7167-4339-2.
  12. ^ Smith CM, Williamson JR (октябрь 1971 г.). «Ингибирование цитратсинтазы сукцинил-КоА и другими метаболитами». FEBS Letters . 18 (1): 35–38. Bibcode : 1971FEBSL..18...35S. doi : 10.1016/0014-5793(71)80400-3 . PMID  11946076. S2CID  43002983.
  13. ^ Selwood T, Jaffe EK (март 2012). «Динамические диссоциирующие гомоолигомеры и контроль функции белка». Архивы биохимии и биофизики . 519 (2): 131–43. doi :10.1016/j.abb.2011.11.020. PMC 3298769. PMID 22182754  . 

Внешние ссылки