3-гидроксибутиратдегидрогеназа

В энзимологии 3 - гидроксибутиратдегидрогеназа ( EC 1.1.1.30) — это фермент , катализирующий химическую реакцию :

( R )-3-гидроксибутаноат + НАД ⁺ ацетоацетат + НАДН + Н ⁺${\displaystyle \rightleftharpoons}$

Таким образом, два субстрата этого фермента - ( R )-3-гидроксибутаноат и НАД ⁺ , тогда как три его продукта - ацетоацетат , НАДН и Н ⁺ . Этот фермент относится к семейству оксидоредуктаз , а именно, тех, которые действуют на группу СН-ОН донора с НАД ⁺ или НАДФ ⁺ в качестве акцептора.

Этот фермент участвует в синтезе и распаде кетоновых тел и метаболизме масляной кислоты .

Этот фермент имеет классификационный номер EC 1.1.1.30. Первая цифра означает, что этот фермент является оксидоредуктазой, что означает, что его цель — катализировать пути реакции окисления и восстановления. ^[1] Следующие две единицы указывают на подкласс и подподкласс фермента. ^[1] В этом случае 1.1.1 означает, что этот фермент является оксидоредуктазой, которая действует на группу CH-OH молекулы-донора, используя NAD(+) или NADP(+) в качестве акцептора. ^[2] Четвертое число, или 30 в этом случае, является порядковым номером фермента для определения его в его подподклассе. ^[1] 3-гидроксибутиратдегидрогеназа также известна как бета-гидроксимасляная дегидрогеназа и сокращенно BHBDH. Другие распространенные синонимы приведены ниже.

Систематическое название этого класса ферментов — ( R )-3-гидроксибутаноат:НАД ⁺ оксидоредуктаза . Другие названия, которые обычно используются, включают:

• НАД ⁺ -β-гидроксибутиратдегидрогеназа
• гидроксибутират оксидоредуктаза
• β-гидроксибутиратдегидрогеназа
• D -β-гидроксибутиратдегидрогеназа
• D -3-гидроксибутиратдегидрогеназа
• D -(−)-3-гидроксибутиратдегидрогеназа
• дегидрогеназа β-гидроксимасляной кислоты
• 3- D -гидроксибутиратдегидрогеназа
• β-гидроксимасляная дегидрогеназа

BHBDH находится в митохондриях и катализирует окисление 3-гидроксибутиирата до ацетоацетата, и он использует NAD в качестве кофермента. Реакция показана ниже, и, как обозначено в формуле, она обратима. ^[3] Как указано в формуле реакции, этот фермент катализирует реакцию (R)-3-гидроксибутаноата и NAD+ в ацетоацетат в NADH и свободный H+.

( R )-3-гидроксибутаноат + НАД ⁺ ацетоацетат + НАДН + Н ⁺${\displaystyle \rightleftharpoons}$

Первым шагом в реакции является связывание субстрата, и это происходит путем связывания карбоксилатной группы субстрата с карбоксилатной группой ацетатной части фермента. Затем атом C3 субстрата образует водородную связь с атомом C4 NAD+. Затем, когда реакция происходит при оптимальном pH, протон удаляется из гидроксильной группы субстрата, и это позволяет образоваться карбонильной связи. Одновременно отрицательный ион водорода на атоме C3 фермента переносится на атом C4 на NAD+ и таким образом образуются ацетоацетат и NADH. ^[4]

BHBDH обнаружен в ректальных железах акулы-собаки ( Squalus acanthias ) и, как было обнаружено, имеет значительное увеличение активности после кормления. Самый большой и значительный пик активности BHBDH наблюдался через 4–8 часов в ректальных железах акул. ^[5] Помимо акулы, этот фермент обнаружен у большого количества организмов, от одноклеточных организмов до высших приматов, таких как люди. У людей этот фермент используется в медицинских целях у пациентов с диабетом для обнаружения кетоновых тел, которые связаны с диабетическим кетоацидозом. ^[4] Это ни в коем случае не исчерпывающий список организмов, в которых обнаружен BHBDH, эти организмы являются лишь некоторыми из распространенных примеров этого фермента в действии.

У акулы-собаки основная функция BHBDH заключается в помощи в расщеплении кетоновых тел в клетках. Эта функция подтверждается экспериментальными данными голодания акул-собаки после того, как их накормили. При голодании уровень кетонов в организме акулы увеличивается, особенно после длительного голодания. После того, как их накормят, наличие кетоновых тел в организме быстро снижается. Быстрое снижение коррелирует со значительным повышением активности BHBDH, что указывает на то, что этот фермент очень важен для переработки кетоновых тел. ^[5]

В настоящее время опубликованы две кристаллические структуры BHBDH, которые показаны ниже и доступны по следующим ссылкам.

Обе структуры состоят из 1 листа, 5 бета-альфа-бета-единиц, 7 нитей, 9 бета-поворотов и 1 гамма-поворота. Две структуры различаются по количеству спиралей и взаимодействий спираль-спираль. В левой структуре 13 спиралей и 8 взаимодействий спираль-спираль. В правой структуре 12 спиралей и 6 взаимодействий спираль-спираль. Обе структуры имеют _{лиганды} C2H6AsO2 . _{Обе структуры имеют ионы магния, но они снова различаются по взаимодействиям с участием металла. Для левой структуры есть группа MG301(A), тогда как для правой структуры есть группа 1301(A) (} 6,7). Ссылки в подписях к фотографии предоставляют веб-сайт с дополнительной информацией об этих ферментах. Они также предоставляют вращательную 3D-структуру для изучения всех углов известных структур. Пожалуйста, посетите их для получения дополнительной информации.

Активный центр второй структуры имеет 2 туннеля, один с радиусом 1,21 Å и один с радиусом 1,19 Å. Туннель 1,21 Å имеет длину 26,7 Å, а туннель 1,19 Å имеет длину 27,5 Å. ^[6] Активный центр первой версии имеет один туннель, который имеет радиус 1,14 Å и длину 26,0 Å. ^[6] Как и в случае со структурами, эти части фермента можно изучить более подробно, используя ссылки в подписи.        

• БДХ1