Aconitază

Aconitaza , de asemenea aconitat hidraza (EC 4.2.1.3 ) este o enzimă din clasa liazelor care catalizează reacția stereospecifică de izomerizare a citratului la izocitrat, prin formarea de cis-aconitat în ciclul Krebs , fără mecanism redox [2] [3] [4] .

Aconitaza apare în toate eucariotele și bacteriile din citosol . Organismele multicelulare au o formă mitocondrială suplimentară (numită aconitază-2).

La om, aconitaza-1 este codificată de gena ACO1 , care este situată pe brațul scurt (brațul p) al cromozomului al 9-lea . Gena aconitazei -2 ACO2 este localizată pe brațul lung (brațul q) al cromozomului 22 .

Structura

Aconitase este compus din patru domenii, dintre care trei sunt strâns legate între ele. Al patrulea domeniu, cu alte trei, formează un buzunar în care are loc cataliza. Activitatea catalitică a enzimei depinde de o conformație specifică, pentru care sunt responsabile clusterul fier-sulf [4Fe-4S] și mai multe resturi de aminoacizi, care permit reacția stereospecifică de transfer al unei molecule de apă din citratul achiral exclusiv la izocitrat. .

Aconitaza mitocondrială conține reziduuri de cisteină în pozițiile -385, -458 și -451, precum și un grup de fier-sulf [4Fe-4S], care este critic pentru activitatea sa catalitică. În starea inactivă, clusterului îi lipsește cel de-al patrulea atom de fier, care este slab legat și are inițial un număr de coordonare de 4 (structură tetraedrică): trei atomi de sulf și un ion hidroxid (apă) ca partener de legare (vezi figura). În faza catalitică, numărul de coordonare al atomului de fier crește la 6 (structură octaedrică), apoi se adaugă un izocitrat suplimentar și o altă moleculă de apă [5] .

Funcții efectuate

Spre deosebire de majoritatea proteinelor fier-sulf, care funcționează ca purtători de electroni, grupul de fier-sulf al aconitazei interacționează direct cu substratul enzimei. Aconitaza are un cluster activ [Fe 4 S 4 ] 2+ , care poate fi convertit în forma inactivă [Fe 3 S 4 ] + . S-a demonstrat că trei reziduuri de cisteină (Cys) sunt liganzi pentru centrul [Fe 4 S 4 ]. În starea activă, ionul de fier labil al clusterului [Fe 4 S 4 ] este coordonat nu de Cys, ci de moleculele de apă.

Clusterul fier-sulf este foarte sensibil la acțiunea ionului superoxid și este ușor oxidat de acesta.

Mecanismul de cataliză

Aconitase folosește mecanismul de hidratare-deshidratare [6] . Reziduurile catalitice sunt His-101 și Ser-642 [6] . Reziduul His-101 protonează gruparea hidroxil de pe atomul C3 al citratului, acest proces permite moleculei de apă să plece, iar Ser-642 atacă simultan protonul de pe C2, formând o legătură dublă între C2 și C3, ceea ce duce la formare. a unui intermediar cis-aconitat. În acest moment, intermediarul rezultat se rotește cu 180° și are loc așa-numita „ tranziție flip ” [6] [7] [8] .

Cum se produce exact tranziția inversă este discutabil. O teorie este că în etapa de limitare a vitezei a mecanismului, cis-aconitatul este eliberat din enzimă și apoi reatașat ca izocitrat pentru a finaliza reacția. O altă ipoteză este că cis-aconitatul rămâne legat de enzimă atunci când molecula de citrat se întoarce la forma izocitrat [8] [9] [6] .

În orice caz, rotirea cis-aconitatului cu 180° permite ca etapele de deshidratare și hidratare să fie efectuate pe părțile opuse ale intermediarului. Aconitaza catalizează trans-eliminarea/hidratarea, iar tranziția flip garantează structura stereochimică corectă a intermediarului. Pentru a finaliza reacția, reziduurile de serină și histidină își schimbă funcțiile catalitice inițiale: histidina , fiind o bază, desparte un proton din apă, devenind astfel un nucleofil pentru a ataca atomul C2, iar serina protonată este deprotonată de dublu cis-aconit, completând reacția de hidratare cu formarea unei molecule izocitrat [6] .

Inhibarea catalizei

Moleculele de acid fluoroacetic sau fluoroacetat sunt încorporate în ciclul Krebs, metabolizate în fluorocitrat, care are un puternic efect inhibitor asupra aconitazei, blocând astfel ciclul Krebs.

Note

1. ↑ PDB 1ACO ; Lauble, H; Kennedy, MC; Beinert, H; Stout, CD Structuri cristaline ale aconitazei cu trans-aconitat și nitrocitrat legate  //  Journal of Molecular Biology : jurnal. - 1994. - Vol. 237 , nr. 4 . - P. 437-451 . - doi : 10.1006/jmbi.1994.1246 . — PMID 8151704 .
2. ↑ Beinert H., Kennedy MC Aconitase, o proteină cu două fețe: factor de reglare a enzimelor și a fierului  //  Jurnalul FASEB : jurnal. — Federația Societăților Americane pentru Biologie Experimentală, 1993. — Decembrie ( vol. 7 , nr. 15 ). - P. 1442-1449 . — PMID 8262329 .
3. ↑ Flint, Dennis H.; Allen, Ronda M. Proteine ​​de fier-sulf cu funcții nonredox  // Evaluări  chimice : jurnal. - 1996. - Vol. 96 , nr. 7 . - P. 2315-2334 . - doi : 10.1021/cr950041r .
4. ↑ Beinert H., Kennedy MC, Stout CD Aconitase as Ironminus sign Sulphur Protein, Enzyme, and Iron-Regulatory Protein   // Chemical Reviews : jurnal. - 1996. - Noiembrie ( vol. 96 , nr. 7 ). - P. 2335-2374 . doi : 10.1021 / cr950040z . — PMID 11848830 .
5. ↑ Robbins AH, Stout CD Structure of activated aconitase: formation of the [4Fe-4S] cluster in the crystal  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal  . - 1989. - Mai ( vol. 86 , nr. 10 ). - P. 3639-3643 . — PMID 2726740 .
6. ↑ 1 2 3 4 5 Takusagawa F. Capitolul 16: Ciclul acidului citric . Nota lui Takusagawa . Universitatea din Kansas. Data accesului: 10 iulie 2011. Arhivat din original pe 24 martie 2012. (nedefinit)
7. ↑ Beinert H., Kennedy MC, Stout CD Aconitase as Ironminus sign Sulphur Protein, Enzyme, and Iron-Regulatory Protein   // Chemical Reviews : jurnal. - 1996. - Noiembrie ( vol. 96 , nr. 7 ). - P. 2335-2374 . doi : 10.1021 / cr950040z . — PMID 11848830 . Arhivat din original pe 11 august 2011.
8. ↑ 1 2 Lauble H., Stout CD Caracteristici sterice și conformaționale ale mecanismului aconitazei  //  Proteine ​​: jurnal. - 1995. - Mai ( vol. 22 , nr. 1 ). - P. 1-11 . - doi : 10.1002/prot.340220102 . — PMID 7675781 .
9. ↑ Familia aconitazei . Grupurile protetice și ionii metalici în baza de date a site-urilor active cu proteine ​​Versiunea 2.0 . Universitatea din Leeds (2 februarie 1999). Preluat la 10 iulie 2011. Arhivat din original la 8 iunie 2011. (nedefinit)

Dicționare și enciclopedii	Britannica (online)