Carnitin-O-acetyltransferase

Carnitin O-acetyltransferase , også Carnitine acetyltransferase , forkortet. CAT ( Carnitine O-acetyltransferase , forkortelse CRAT  ) [ 1] ( EC 2.3.1.7 Arkiveret 14. december 2016 på Wayback Machine ) er et enzym fra gruppen af ​​acyltransferaser , der katalyserer overførslen af ​​en acetylgruppe (CH 3 -CO ) ) fra et acetylmolekyle -CoA til substratmolekylet - carnitin og omvendt, når substratet allerede er coenzym A , ifølge ligningen:

acetyl-CoA + carnitin CoA-SH + O-acetylcarnitin [2] .

Reaktionsprodukterne er henholdsvis acetylcarnitin og coenzym A (CoA-SH).

Genet, der koder for dette CRAT -enzym Arkiveret 10. september 2016 på Wayback Machine er lokaliseret på det 9. kromosom .

De forskellige subcellulære lokaliseringer af CRAT mRNA menes at være resultatet af alternativ splejsning af genet, der koder for dette enzym. Alternativ splejsning fører til dannelsen af ​​tre isoformer, hvoraf den ene indeholder et N-terminalt signal til transport ind i mitokondrier, og ifølge observationer er lokaliseret der [3] .

Nomenklatur

Dette enzym tilhører familien af ​​acyltransferaser , der katalyserer overførslen af ​​en acetylgruppe fra et acetyl-CoA-molekyle til et substratmolekyle, carnitin og omvendt. Det systematiske navn på enzymet er carnitin-O-acetyltransferase. Andre navne for enzymet: Acetyl-CoA-carnitin-transferase, carnitin-acetyl-CoA-transferase, acetyl-carnitin-transferase, etc.

Struktur

Carnitin acetyltransferase har en molekylvægt i området 70 kDa og indeholder ca. 600 aminosyrerester . CRAT består af to domæner, N-domænet og C-domænet, bestående af 20 α-helixer og 16 β-strenge. N-domænet består af et ottestrenget β-ark flankeret af 8 a-helixer. 6 blandede β-strenge og 11 α-helixer danner et C-domæne.

Hvis vi sammenligner strukturen af ​​kernerne (kernen) af enzymets to domæner, så er der en betydelig lighed i foldningen af ​​peptidrygraden, og det skyldes, at kun 4 % af de aminosyrer, der danner op ad disse peptidskeletter svarer til hinanden, dvs. har samme rækkefølge [1] .

Aktivt center

Funktionen af ​​det CRAT katalytiske center udføres af en histidinrest , His343 [4] . Det er placeret i krydset mellem C- og N-domænerne, næsten i midten af ​​CRAT. Sidekæden af ​​His343 er placeret ujævnt, nitrogenatomet δ 1 af histidinringen er forbundet med en hydrogenbinding med carbonyloxygen i aminosyrerygraden [1] [5] [6] .

CoA Binding Center

Da CRAT binder CoA og ikke acetyl-CoA, kan det konkluderes, at CRAT har evnen til at hydrolysere acetyl-CoA før den interagerer med et frit coenzym A -molekyle på bindingsstedet. CoA binder til det aktive sted i en lineær konformation, den pantotheniske arm (terminal del af molekylet). Den terminale SH-thiolgruppe i den såkaldte pantothenarm og ε2 nitrogenatomet i sidekæden i det katalytiske His343- center danner en hydrogenbinding . Binding forekommer også mellem 3'-phosphatgruppen på CoA og aminosyreresterne Lys419 og Lys423 . Derudover danner Asp430- og Glu453-rester på bindingsstedet en hydrogenbinding med hinanden. Hvis nogen af ​​aminosyreresterne udskiftes som følge af en mutation , kan dette føre til et fald i CRAT-aktivitet [7] [8] .

Carnitin bindingscenter

Carnitin er bundet af enzymet i en delvis foldet form, dets funktionelle grupper (hydroxyl og carboxyl) er rettet i forskellige retninger. Selve bindingsstedet består af β-sheeten af ​​C-domænet og især af aminosyreresterne i N-domænet. Efter binding forbliver carnitins overflade åben i rummet uden for enzymet. Ligesom coenzym A danner carnitin en hydrogenbinding med ε2 - nitrogenatomet på His343- resten . I tilfælde af carnitin dannes bindingen med 3 - hydroxylgruppen (3-OH). Katalysen af ​​dette enzym er stereospecifik for carnitin, da stereoisomeren af ​​3-OH-gruppen ikke kan interagere fuldt ud med carnitinbindingsstedet i CRAT. Enzymet selv gennemgår mindre konformationelle ændringer, når det bindes til carnitin [1] [9] [10] .

Funktioner

His343 -aminosyreresten af ​​enzymets aktive center er i stand til at katalysere reaktionen af ​​carnitin-acetylering ved at deprotonere den terminale (terminale) SH - thiolgruppe af coenzym A eller 3-OH - hydroxylgruppe af carnitin, afhængigt af retningen af reaktionen. CRAT-strukturen optimerer sådanne reaktioner ved at danne direkte hydrogenbindinger mellem His343- resten og begge substrater (coenzym A og carnitin). Derefter kan den deprotonerede gruppe frit angribe acetylgruppen i CoA eller COOH-gruppen af ​​acetylcarnitin. Reaktionen forløber direkte uden dannelse af His343-acetylmellemprodukt (mellemprodukt).

Hydrolyse

Det er meget muligt, at katalyse kun kan fortsætte med et af de to substrater. Hvis et acetyl-CoA- molekyle eller acetylcarnitin binder til CRAT, så kan vandmolekyler optage andre bindingssteder såvel som acetylgruppen (CH 3 -CO) i acceptoren.

Substrat-hjælpekatalyse

Der er litteraturdata, der indikerer, at -N + -(CH 3 ) 3 - trimethylammoniumgruppen i carnitin kan være en afgørende faktor i CRAT-katalyse. Trimethylammoniumgruppen udviser en positiv ladning, som stabiliserer oxyanionen i reaktionen til opnåelse af et mellemprodukt (mellemproduktforbindelse). Denne idé understøttes af det faktum, at den positive ladning af carnitin ikke er nødvendig for aktiv binding, men er afgørende for, at yderligere katalyse kan fortsætte. Dette er blevet bevist i katalysen af ​​en carnitinanalog, der mangler en trimethylammoniumgruppe. En sådan forbindelse var i stand til at konkurrere med carnitin og binde sig til CRAT, men den formåede ikke at fremkalde en reaktion [11] . Fremkomsten af ​​substratassisteret katalyse åbner op for nye strategier til at øge syntetisk substratspecificitet [12] .

Biologiske funktioner

Carnitin acetyltransferase er involveret i metabolismen af ​​alanin og aspartat . Der er bevis for, at CRAT-aktivitet er påkrævet for at udføre cellecyklusovergangen fra G1 til S-fase [13] .

Medicinsk betydning

De, der arver en mangel på CRAT-aktivitet, har en øget risiko for at udvikle alvorlige hjerte- og neurologiske sygdomme [1] .

Et fald i enzymaktivitet findes hos personer, der lider af Alzheimers sygdom [1] .

CRAT og dets familie af enzymer har et stort potentiale som mål for udviklingen af ​​terapeutiske behandlinger for type 2-diabetes og andre sygdomme [14] [15] [16] .

Interaktioner med andre proteiner

Det er kendt, at CRAT interagerer med NEDD8- , PEX5- og SUMO1- proteiner [3] .

Noter

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Jogl G., Tong L. Krystalstruktur af carnitine acetyltransferase og implikationer for den katalytiske mekanisme og fedtsyretransport  // Celle  :  journal. - Cell Press , 2003. - Januar ( vol. 112 , nr. 1 ). - S. 113-122 . - doi : 10.1016/S0092-8674(02)01228-X . — PMID 12526798 .
2. ↑ Bieber LL Carnitine  //  Årlig gennemgang af biokemi : journal. - 1988. - Bd. 57 . - S. 261-283 . - doi : 10.1146/annurev.bi.57.070188.001401 . — PMID 3052273 .
3. ↑ 1 2 Entrez-gen: CRAT-carnitin-acetyltransferase . (ubestemt)
4. ↑ McGarry JD, Brown NF Det mitokondrielle carnitin palmitoyltransferasesystem. Fra koncept til molekylær analyse  (eng.)  // European Journal of Biochemistry / FEBS : journal. - 1997. - Februar ( bind 244 , nr. 1 ). - S. 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 acyltransferases  //  Annals of the New York Academy of Sciences : journal. - 2004. - November ( bind 1033 ). - S. 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 acetyltransferase. Molecular basis for fatty acyl transfer  (engelsk)  // The Journal of Biological Chemistry  : tidsskrift. - 2003. - April ( bind 278 , nr. 15 ). - P. 13159-13165 . - doi : 10.1074/jbc.M212356200 . — PMID 12562770 .
7. ↑ Ramsay RR, Gandour RD, van der Leij FR Molekylær enzymologi af carnitinoverførsel og transport  //  Biochimica et Biophysica Acta : journal. - 2001. - Marts ( bd. 1546 , nr. 1 ). - S. 21-43 . - doi : 10.1016/S0167-4838(01)00147-9 . — PMID 11257506 .
8. ↑ Hsiao YS, Jogl G., Tong L. Krystalstrukturer af murin carnitin-acetyltransferase i ternære komplekser med dets substrater  // The  Journal of Biological Chemistry  : tidsskrift. - 2006. - September ( bind 281 , nr. 38 ). - P. 28480-28487 . - doi : 10.1074/jbc.M602622200 . — PMID 16870616 .
9. ↑ Cronin CN Det bevarede serin-threonin-serin-motiv af carnitin-acyltransferaserne er involveret i carnitin-binding og overgangstilstandsstabilisering: et stedstyret mutagenesestudie   // Biokemisk og biofysisk forskningskommunikation : journal. - 1997. - September ( bind 238 , nr. 3 ). - s. 784-789 . - doi : 10.1006/bbrc.1997.7390 . — PMID 9325168 .
10. ↑ Hsiao YS, Jogl G., Tong L. Strukturelle og biokemiske undersøgelser af substratselektiviteten af ​​carnitine acetyltransferase  // The  Journal of Biological Chemistry  : tidsskrift. - 2004. - Juli ( bd. 279 , nr. 30 ). - P. 31584-31589 . - doi : 10.1074/jbc.M403484200 . — PMID 15155726 .
11. ↑ Saeed A., McMillin JB, Wolkowicz PE, Brouillette WJ Carnitine acyltransferase enzymatisk katalyse kræver en positiv ladning på carnitin co  -faktoren //  Archives of Biochemistry and Biophysics : journal. - Elsevier , 1993. - September ( bind 305 , nr. 2 ). - s. 307-312 . - doi : 10.1006/abbi.1993.1427 . — PMID 8373168 .
12. ↑ Dall'Acqua W., Carter P. Substrat-assisteret katalyse  : molekylær basis og biologisk betydning  // Protein Science : journal. - 2000. - Januar ( bind 9 , nr. 1 ). - S. 1-9 . - doi : 10.1110/ps.9.1.1 . — PMID 10739241 .
13. ↑ Brunner S., Kramar K., Denhardt DT, Hofbauer R. Kloning og karakterisering af murine carnitine acetyltransferase: bevis for et krav under cellecyklusprogression  //  The Biochemical Journal : journal. - 1997. - Marts ( bd. 322 , nr. 2 ). - S. 403-410 . - doi : 10.1042/bj3220403 . — PMID 9065756 .
14. ↑ Anderson RC Carnitin palmitoyltransferase: et levedygtigt mål for behandling af NIDDM? (engelsk)  // Current Pharmaceutical Design : journal. - 1998. - Februar ( bind 4 , nr. 1 ). - S. 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. Reversible carnitin palmitoyltransferase-hæmmere med bred kemisk diversitet som potentielle antidiabetiske midler  //  Journal of Medicinal Chemistry : journal. - 2001. - Juli ( bind 44 , nr. 15 ). - S. 2383-2386 . - doi : 10.1021/jm010889 . — PMID 11448219 .
16. ↑ Wagman AS, Nuss JM Nuværende terapier og nye mål til behandling af diabetes  //  Current Pharmaceutical Design : journal. - 2001. - April ( bind 7 , nr. 6 ). - S. 417-450 . - doi : 10.2174/1381612013397915 . — PMID 11281851 .