Carnitin-O-acetiltransferaza

Carnitina O-acetiltransferaza , de asemenea Carnitina acetiltransferaza , abr. CAT ( Carnitine O-acetiltransferaza , prescurtare CRAT  ) [ 1] ( EC 2.3.1.7 Arhivat 14 decembrie 2016 pe Wayback Machine ) este o enzimă din grupul aciltransferazelor care catalizează transferul unei grupări acetil (CH 3 -CO ) de la o moleculă de acetil -CoA la molecula de substrat - carnitină și invers, când substratul este deja coenzima A , conform ecuației:

acetil-CoA + carnitină CoA-SH + O-acetilcarnitină [2] .

Produșii de reacție sunt acetilcarnitina și , respectiv, coenzima A (CoA-SH).

Gena care codifică această enzimă CRAT Arhivată pe 10 septembrie 2016 la Wayback Machine este localizată pe cromozomul al 9 -lea .

Se crede că diferitele localizări subcelulare ale ARNm CRAT sunt rezultatul îmbinării alternative a genei care codifică această enzimă. Îmbinarea alternativă duce la formarea a trei izoforme, dintre care una conține un semnal N-terminal pentru transportul în mitocondrii și, conform observațiilor, este localizată acolo [3] .

Nomenclatură

Această enzimă aparține familiei de aciltransferaze care catalizează transferul unei grupări acetil de la o moleculă de acetil-CoA la o moleculă de substrat, carnitina și invers. Denumirea sistematică a enzimei este carnitin-O-acetiltransferaza. Alte denumiri pentru enzimă: acetil-CoA carnitin transferază, carnitin acetil-CoA transferază, acetil carnitin transferază etc.

Structura

Carnitina acetiltransferaza are o greutate moleculară în intervalul de 70 kDa și conține aproximativ 600 de resturi de aminoacizi . CRAT constă din două domenii, domeniul N și domeniul C, constând din 20 de elice α și 16 catene β. Domeniul N constă dintr-o foaie β cu opt catene flancate de 8 elice α. 6 catenele β mixte și 11 elice α formează un domeniu C.

Dacă comparăm structura nucleelor ​​(nucleului) celor două domenii ale enzimei, atunci există o asemănare semnificativă în plierea coloanei vertebrale peptidice, iar acest lucru se datorează faptului că doar 4% dintre aminoacizii care fac în sus, aceste vertebrate peptidice corespund între ele, adică. au aceeași succesiune [1] .

Centru activ

Funcția centrului catalitic CRAT este îndeplinită de un reziduu de histidină , His343 [4] . Este situat la joncțiunea domeniilor C și N, aproape în centrul CRAT. Lanțul lateral al His343 este situat neuniform, atomul de azot δ 1 al inelului histidină este conectat printr-o legătură de hidrogen cu oxigenul carbonil al scheletului de aminoacizi [1] [5] [6] .

CoA Binding Center

Deoarece CRAT leagă CoA și nu acetil-CoA, se poate concluziona că CRAT are capacitatea de a hidroliza acetil-CoA înainte de a interacționa cu o moleculă de coenzimă A liberă la locul de legare. CoA se leagă de situsul activ într-o conformație liniară, brațul pantotenic (partea terminală a moleculei). Gruparea SH-tiol terminală din așa-numitul braț al pantotenului și atomul de azot ε2 din lanțul lateral al centrului catalitic His343 formează o legătură de hidrogen . Legătura are loc, de asemenea, între gruparea 3’-fosfat de pe CoA și resturile de aminoacizi Lys419 și Lys423 . În plus, la locul de legare, reziduurile Asp430 și Glu453 formează o legătură de hidrogen între ele. Dacă oricare dintre resturile de aminoacizi este înlocuit ca urmare a unei mutații , atunci aceasta poate duce la o scădere a activității CRAT [7] [8] .

Centru de legare a carnitinei

Carnitina este legată de enzimă într-o formă parțial pliată, grupele sale funcționale (hidroxil și carboxil) sunt direcționate în direcții diferite. Locul de legare în sine constă din foaia β a domeniului C și, în special, din resturile de aminoacizi ale domeniului N. După legare, fața carnitinei rămâne deschisă în spațiu în afara enzimei. Ca și coenzima A, carnitina formează o legătură de hidrogen cu atomul de azot ε2 de pe restul His343 . În cazul carnitinei, legătura se formează cu gruparea 3 - hidroxil (3-OH). Cataliza acestei enzime este stereospecifică pentru carnitină, deoarece stereoizomerul grupului 3-OH nu poate interacționa complet cu locul de legare a carnitinei al CRAT. Enzima în sine suferă modificări conformaționale minore atunci când este legată de carnitină [1] [9] [10] .

Funcții

Reziduul de aminoacizi His343 al centrului activ al enzimei este capabil să catalizeze reacția de acetilare a carnitinei prin deprotonarea grupării terminale (terminale) SH - tiol a coenzimei A sau 3-OH - grupare hidroxil a carnitinei, în funcție de direcția reactia. Structura CRAT optimizează astfel de reacții prin formarea de legături directe de hidrogen între reziduul His343 și ambele substraturi (coenzima A și carnitină). După aceea, grupul deprotonat poate ataca liber grupul acetil al CoA sau grupul COOH al acetilcarnitinei. Reacția se desfășoară direct, fără formarea intermediarului His343- acetil (produs intermediar).

Hidroliză

Este foarte posibil ca cataliza să poată continua doar cu unul dintre cele două substraturi. Dacă orice moleculă de acetil-CoA sau acetilcarnitină se leagă de CRAT, atunci moleculele de apă pot ocupa alte locuri de legare, precum și gruparea acetil (CH3 - CO) a acceptorului.

Cataliză substrat-auxiliară

Există date din literatură care indică faptul că gruparea -N + - ( CH3 ) 3 -trimetilamoniu a carnitinei poate fi un factor decisiv în cataliza CRAT. Gruparea trimetilamoniu prezintă o sarcină pozitivă, care stabilizează oxianiul în reacția de obținere a unui intermediar (compus intermediar). Această idee este susținută de faptul că încărcarea pozitivă a carnitinei nu este necesară pentru legarea activă, dar este vitală pentru cataliza ulterioară să continue. Acest lucru a fost dovedit în cataliza unui analog de carnitină lipsit de o grupare trimetilamoniu. Un astfel de compus a fost capabil să concureze cu carnitina și să se lege de CRAT, cu toate acestea, nu a reușit să provoace o reacție [11] . Apariția catalizei asistate de substrat deschide noi strategii pentru creșterea specificității substratului sintetic [12] .

Funcții biologice

Carnitina acetiltransferaza este implicată în metabolismul alaninei și aspartatului . Există dovezi că activitatea CRAT este necesară pentru a efectua tranziția ciclului celular de la faza G1 la faza S [13] .

Semnificație medicală

Cei care moștenesc o deficiență a activității CRAT au un risc crescut de a dezvolta boli cardiace și neurologice severe [1] .

O scădere a activității enzimatice se constată la persoanele care suferă de boala Alzheimer [1] .

CRAT și familia sa de enzime au un mare potențial ca ținte pentru dezvoltarea de tratamente terapeutice pentru diabetul de tip 2 și alte boli [14] [15] [16] .

Interacțiuni cu alte proteine

Se știe că CRAT interacționează cu proteinele NEDD8 , PEX5 și SUMO1 [3] .

Note

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Jogl G., Tong L. Structura cristalină a carnitinei acetiltransferazei și implicații pentru mecanismul catalitic și transportul acizilor grași  // Cell  :  journal. - Cell Press , 2003. - Ianuarie ( vol. 112 , nr. 1 ). - P. 113-122 . - doi : 10.1016/S0092-8674(02)01228-X . — PMID 12526798 .
2. ↑ Bieber LL Carnitine  //  Anual Review of Biochemistry : jurnal. - 1988. - Vol. 57 . - P. 261-283 . - doi : 10.1146/annurev.bi.57.070188.001401 . — PMID 3052273 .
3. ↑ 1 2 Gena Entrez: CRAT carnitin acetiltransferaza . (nedefinit)
4. ↑ McGarry JD, Brown NF Sistemul mitocondrial carnitin palmitoiltransferaza. De la concept la analiza moleculară  (ing.)  // European Journal of Biochemistry / FEBS : jurnal. - 1997. - Februarie ( vol. 244 , nr. 1 ). - P. 1-14 . - doi : 10.1111/j.1432-1033.1997.00001.x . — PMID 9063439 .
5. ↑ Jogl G., Hsiao YS, Tong L. Structure and function of carnitine aciltransferases  //  Analele Academiei de Științe din New York : jurnal. - 2004. - noiembrie ( vol. 1033 ). - P. 17-29 . - doi : 10.1196/annals.1320.002 . — PMID 15591000 .
6. ↑ Wu D., Govindasamy L., Lian W., Gu Y., Kukar T., Agbandje-McKenna M., McKenna R. Structure of human carnitine acetiltransferase. Baza moleculară pentru transferul de acil gras  (engleză)  // Jurnalul de chimie biologică  : jurnal. - 2003. - Aprilie ( vol. 278 , nr. 15 ). - P. 13159-13165 . - doi : 10.1074/jbc.M212356200 . — PMID 12562770 .
7. ↑ Ramsay RR, Gandour RD, van der Leij FR Enzimologia moleculară a transferului și transportului carnitinei  //  Biochimica et Biophysica Acta : jurnal. - 2001. - Martie ( vol. 1546 , nr. 1 ). - P. 21-43 . - doi : 10.1016/S0167-4838(01)00147-9 . — PMID 11257506 .
8. ^ Hsiao YS, Jogl G., Tong L. Crystal structures of murine carnitine acetiltransferase in ternary complexs with its substrates  // The  Journal of Biological Chemistry  : journal. - 2006. - Septembrie ( vol. 281 , nr. 38 ). - P. 28480-28487 . - doi : 10.1074/jbc.M602622200 . — PMID 16870616 .
9. ↑ Cronin CN Motivul conservat serin-treonin-serină al carnitinei aciltransferazelor este implicat în legarea carnitinei și stabilizarea stării de tranziție: un studiu de mutageneză direcționată pe situ   // Comunicații de cercetare biochimică și biofizică : jurnal. - 1997. - Septembrie ( vol. 238 , nr. 3 ). - P. 784-789 . - doi : 10.1006/bbrc.1997.7390 . — PMID 9325168 .
10. ^ Hsiao YS, Jogl G., Tong L. Studii structurale și biochimice ale selectivității substratului carnitinei acetiltransferazei  // The  Journal of Biological Chemistry  : journal. - 2004. - iulie ( vol. 279 , nr. 30 ). - P. 31584-31589 . - doi : 10.1074/jbc.M403484200 . — PMID 15155726 .
11. ↑ Saeed A., McMillin JB, Wolkowicz PE, Brouillette WJ Cataliza enzimatică a carnitinei aciltransferazei necesită o încărcare pozitivă a cofactorului carnitină  //  Arhivele de biochimie și biofizică : jurnal. - Elsevier , 1993. - Septembrie ( vol. 305 , nr. 2 ). - P. 307-312 . - doi : 10.1006/abbi.1993.1427 . — PMID 8373168 .
12. ↑ Dall'Acqua W., Carter P. Cataliză asistată de substrat  : bază moleculară și semnificație biologică  // Protein Science : jurnal. - 2000. - ianuarie ( vol. 9 , nr. 1 ). - P. 1-9 . - doi : 10.1110/ps.9.1.1 . — PMID 10739241 .
13. ↑ Brunner S., Kramar K., Denhardt DT, Hofbauer R. Clonarea și caracterizarea carnitinei acetiltransferazei murine: dovezi pentru o cerință în timpul progresiei ciclului celular  //  The Biochemical Journal : jurnal. - 1997. - Martie ( vol. 322 , nr. 2 ). - P. 403-410 . - doi : 10.1042/bj3220403 . — PMID 9065756 .
14. ↑ Anderson RC Carnitine palmitoiltransferaza: o țintă viabilă pentru tratamentul NIDDM? (Engleză)  // Design farmaceutic actual : jurnal. - 1998. - Februarie ( vol. 4 , nr. 1 ). - P. 1-16 . — PMID 10197030 .
15. ↑ Giannessi F., Chiodi P., Marzi M., Minetti P., Pessotto P., De Angelis F., Tassoni E., Conti R., Giorgi F., Mabilia M., Dell'Uomo N., Muck S. ., Tinti MO, Carminati P., Arduini A. Inhibitori reversivi ai carnitinei palmitoiltransferazei cu o mare diversitate chimică ca potențiali agenți antidiabetici  //  Journal of Medicinal Chemistry : jurnal. - 2001. - iulie ( vol. 44 , nr. 15 ). - P. 2383-2386 . - doi : 10.1021/jm010889 . — PMID 11448219 .
16. ↑ Wagman AS, Nuss JM Terapii curente și ținte emergente pentru tratamentul diabetului zaharat  //  Current Pharmaceutical Design : jurnal. - 2001. - Aprilie ( vol. 7 , nr. 6 ). - P. 417-450 . - doi : 10.2174/1381612013397915 . — PMID 11281851 .