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