Carnitina palmitoiltransferaza I , de asemenea carnitina aciltransferaza I , carnitina acil-CoA transferaza I sau palmitoil-CoA transferaza I ( Carnitine palmitoiltransferaza I , prescurtare CPT1 ) este o enzimă mitocondrială, una dintre formele carnitinei-O-palmitoiltransferazei ( 1EC221.3 . Arhivat 5 mai 2016 la Wayback Machine ), aparține familiei aciltransferazei [1] . Catalizează transferul unei grupări acil (-COR) de la o moleculă de acid gras acil-CoA cu un lanț lung de hidrocarburi la o moleculă de carnitină , cu formarea acilcarnitinei și a unei molecule de coenzimă A liberă . Adesea produsul reacției este palmitoilcarnitina (de unde și denumirea enzimei), cu toate acestea, alte resturi de acizi grași (grupe acil-COR) pot acționa și ca substrat [2] [3] . Una dintre mai multe enzime din sistemul de transport al carnitinei . Gena care codifică această enzimă este situată pe al 11-lea cromozom - CPT1A Arhivat 10 septembrie 2016 la Wayback Machine .
Există 3 izoforme ale enzimei: CPT1A, CPT1B și CPT1C. CPT1 este asociat cu membrana mitocondrială exterioară. Activitatea acestei enzime poate fi redusă de malonil-CoA (care este un inhibitor), un metabolit intermediar implicat în biosinteza acizilor grași. Carnitina palmitoiltransferaza I joacă un rol important în diferite tulburări metabolice, cum ar fi, de exemplu, diabetul . Cu toate acestea, structura cristalului este încă necunoscută, drept urmare mecanismul său exact de acțiune rămâne necunoscut.
CPT1 se referă la o proteină membranară integrală care este asociată cu membrana mitocondrială exterioară, prin regiunile transmembranare din lanțul peptidic. Ambele domenii terminale N- și C- sunt situate pe partea citoplasmatică a membranei [4] .
Toate cele trei izoforme ale enzimei se găsesc în țesuturile mamiferelor. Izoforma hepatică (CPT1A sau CPTI-L) este localizată în mitocondriile tuturor celulelor corpului, cu excepția celulelor musculare scheletice și a celulelor de țesut adipos brun [5] [6] . Izoforma musculară (CPT1B sau CPTI-M) este o proteină foarte exprimată produsă în miocardul inimii, celulele musculare scheletice (miocite) și celulele țesutului adipos maro [4] [5] [6] . A treia izoformă, cerebrală (CPT1C), a fost izolată în 2002 și este localizată predominant în creier și testicule . Se știu puține despre această formă [7] [8] .
Structura exactă a tuturor izoformelor CPT1 nu a fost încă determinată, deși au fost create modele in silico pe baza enzimelor CPT1 strâns legate - acilcarnitine transferaze, cum ar fi carnitina acetiltransferaza (CRAT) [9] .
O diferență structurală importantă între CPT1 și CPT2, CRAT și carnitin octanoiltransferaza (COT) este că CPT1 conține un domeniu suplimentar la capătul N-terminal de aproximativ 160 de aminoacizi . S-a descoperit că acest domeniu N-terminal suplimentar este important pentru molecula cheie inhibitoare a enzimei, malonil-CoA [10] .
Au fost propuse două situsuri de legare diferite care există în CPT1A și CPT1B. Situl A, sau situsul CoA , pare să leagă atât malonil-CoA, cât și palmitoil-CoA, precum și alte molecule care conțin coenzima A. Se crede că enzima leagă aceste molecule prin interacțiunea cu un fragment de coenzimă. S-a sugerat că malonil-CoA se poate comporta ca un inhibitor competitiv al CPT1A la acest loc. În al doilea, site-ul O , se crede că malonil-CoA se leagă mult mai strâns decât în site-ul A. Spre deosebire de situsul A , situsul O se leagă de malonil-CoA prin gruparea malonat dicarbonil [11] . Legarea malonil-CoA la enzimă de către situsurile A și O inhibă acțiunea CPT1A prin eliminarea legării carnitinei de către enzimă.
Din cauza lipsei de date privind structura cristalină a enzimei, mecanismul exact al catalizei CPT1 este încă necunoscut. Au fost postulate câteva mecanisme posibile diferite pentru CPT1, ambele implicând un reziduu de histidină , His473 , care servește drept situs catalitic cheie. Un astfel de mecanism se bazează pe modelul carnitin acetiltransferazei prezentat mai jos, în care reziduul His473 deprotonează carnitina în timp ce restul de serină adiacent stabilizează intermediarul tetraedric al oxianionului.
Un alt mecanism se bazează pe presupunerea că există o așa-numită triadă catalitică, constând din resturi de aminoacizi Cys-305 , His-473 și Asp-454 , care efectuează transferul catalitic de acil [12] . Acest mecanism catalitic implică formarea unei enzime tioacil covalente intermediare cu Cys-305.
Sistemul carnitin palmitoil transferază este un pas important în beta-oxidarea acizilor grași cu lanț lung. Acizii grași cu lanț lung, precum palmitoil-CoA, spre deosebire de acizii grași cu lanț scurt și mediu, nu pot difuza liber prin membrana mitocondrială interioară (este impermeabilă), pentru această tranziție există o navetă de carnitină care îi transportă în matrice. [13] .
Carnitina palmitoiltransferaza I este prima componentă a sistemului și reacția chimică care limitează viteza a sistemului de transport al carnitinei , catalizând transferul grupării acil de la coenzima A la carnitină cu formarea palmitoilcarnitinei. Cu ajutorul unei translocaze ( carnitin-acilcarnitine translocaza , CACT), palmitoilcarnitina este transferată prin difuzie facilitată ( antiport ) prin membrana mitocondrială internă în matrice.
Acționând ca un acceptor de grupare acil, carnitina poate juca, de asemenea, un rol în reglarea coenzimei A intracelulare: raportul acil-CoA/CoA [14] .
CPT1 este inhibată de malonil-CoA, deși mecanismul exact de inhibare rămâne necunoscut. Mușchiul scheletic și izoforma miocardică CPT1 (CPT1B) s-a dovedit a fi de 30-100 de ori mai sensibile la inhibarea malonil-CoA decât izoforma CPT1A analogă. Această inhibiție este o țintă bună pentru încercările viitoare de reglare a CPT1 în tratamentul tulburărilor metabolice [15] .
Acetil-CoA carboxilaza (ACC), o enzimă care catalizează formarea malonil-CoA din acetil-CoA, joacă un rol important în reglarea metabolismului acizilor grași . Oamenii de știință au demonstrat că șoarecii knockout ACC2 au dus la o reducere a grăsimii și a greutății în comparație cu șoarecii de tip sălbatic. Acesta este rezultatul activității reduse a ACC, care determină o scădere ulterioară a concentrațiilor de malonil-CoA. Aceste niveluri reduse de malonil-CoA previn, la rândul lor, inhibarea CPT1, rezultând o creștere marginală a oxidării acizilor grași [16] . Deoarece inima și celulele musculare scheletice au o capacitate scăzută de a sintetiza acizi grași, ACC poate acționa exclusiv ca o enzimă de reglare în aceste celule.
La om, a fost descris doar deficitul de „CPT1A” (deficit de carnitin palmitoiltransferaza I) [17] . Aceasta este o boală rară caracterizată prin riscuri mari de a dezvolta hipoglicemie hipoketonimică, convulsii, encefalopatie hepatică și moarte subită a sugarului la nou-născuți [18] .
CPT1 este, de asemenea, asociat cu diabetul zaharat de tip 2 și rezistența la insulină .
O nouă cercetare prezentată la congresul din 2015 al Comitetului European pentru Tratarea și Cercetarea Sclerozei Multiplă (ECTRIMS) sugerează că CPT1 poate juca și un rol în patologia sclerozei multiple (SM) [19] . Cercetătorii au descoperit că mutațiile din gena CPT1 par să protejeze împotriva sclerozei multiple la anumite populații. Această ipoteză este că o creștere a metabolismului lipidic poate duce la demielinizarea celulelor nervoase (distrugerea mielinei ), permițând astfel un atac autoimun asupra celulelor nervoase. Dr. John Dirk Nyland și colegii de la Universitatea Aalborg din Danemarca au furnizat date care arată că în modelele animale de SM, CPT1 este blocat de o moleculă numită etomoxir, cel mai probabil pentru a atenua simptomele bolii [20] . Cercetătorii caută în prezent sprijin pentru un studiu clinic la persoanele bolnave.
Se știe că CPT1 interacționează cu o varietate de proteine, inclusiv cele din familia NDUF , PKC1 și ENO1 [21] .
Knockout CPT1A prin screeningul bibliotecii shRNA inhibă replicarea HIV-1 în celulele T Jurkat cultivate [22] .