2,4-Диеноил-КоА-редуктаза
Класс ферментов
2,4-диеноил-КоА-редуктаза 1, митохондриальная
DECR1, гомотетрамер, человек
Идентификаторы
СимволДЕКР1
Альтернативные символыОВЦС
ген NCBI1666
HGNC2753
ОМИМ222745
ПДБ1w6u
РефСекNM_001359
UniProtQ16698
Другие данные
Номер ЕС1.3.1.34
ЛокусХр. 8 q21.3
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

2,4-Диеноил-КоА-редуктаза, также известная как DECR1, — это фермент , который у людей кодируется геном DECR1 , расположенным на хромосоме 8. Этот фермент катализирует следующие реакции [1] [2] [3]

DECR1 участвует в бета-окислении и метаболизме полиненасыщенных жирных еноил-КоА-эфиров. В частности, он катализирует восстановление 2,4-диеноил-КоА-тиоэфиров различной длины кофактором НАДФН до 3-транс-еноил-КоА эквивалентной длины. В отличие от расщепления насыщенных жиров, для расщепления цис- и транс- полиненасыщенных жирных кислот требуется три дополнительных фермента для получения продукта, совместимого со стандартным путем бета-окисления. DECR является вторым таким ферментом (другие — еноил-КоА-изомераза и диеноил-КоА-изомераза) и является этапом, ограничивающим скорость в этом вспомогательном потоке. DECR способен восстанавливать как 2-транс,4-цис-диеноил-КоА, так и 2-транс,4-транс-диеноил-КоА-тиоэфиры [4] с одинаковой эффективностью. [5] Это необычно, поскольку большинство ферментов являются высоко стереоселективными или стереоспецифичными . [6] Нет четкого объяснения отсутствия стереоспецифичности у DECR. [5]

Структура

Кристаллизация [7] DECR с 2,4-гексадиеноил-КоА и НАДФН (не показано). Ключевые остатки в активном центре фермента ориентируют субстрат для переноса гидрида через сеть водородных связей.

Эукариотический DECR существует как в митохондриях (mDECR), так и в пероксисомах (pDECR, кодируется геном DECR2 ). Ферменты из каждой органеллы гомологичны и являются частью суперсемейства короткоцепочечных дегидрогеназ/редуктаз SDR. mDECR имеет массу 124 кДа и состоит из 335 аминокислот до посттрансляционной модификации . [2] Вторичная структура разделяет многие мотивы SDR, включая складку Россмана для сильного связывания НАДФН. Белок существует как гомотетрамер в физиологической среде, но было показано, что он также образует мономеры и димеры в растворе. [8]

Кристаллизация mDECR [7] показывает, что фермент обеспечивает сеть водородных связей от ключевых остатков в активном центре до NADPH и 2,4-диеноил-КоА, который позиционирует гидрид на 3,4 Å к Cδ по сравнению с 4,0 Å к Cβ (не показано). Обсуждавшийся ранее енолятный промежуточный продукт стабилизируется остатками дополнительных водородных связей с Tyr166 и Asn148. Lys214 и Ser210 (консервативные остатки во всех ферментах SDR), как полагают, увеличивают pKa Tyr166 и стабилизируют переходное состояние. [7] Кроме того, на одном конце активного центра имеется гибкая петля, которая обеспечивает достаточно места для длинных углеродных цепей. Это, вероятно, дает ферменту гибкость для обработки цепей жирных кислот различной длины. Длина субстрата для катализа mDECR, как полагают, ограничена 20 атомами углерода, при которых эта очень длинная жирная кислота сначала частично окисляется pDECR в пероксисоме. [9]

Механизм фермента

Эукариотический DECR

Восстановление тиоэфира 2,4-диеноил-КоА с помощью НАДФН до 3-еноил-КоА происходит по двухстадийному последовательному механизму через промежуточный енолят. [10] DECR связывает НАДФН и тиоэфир жирной кислоты и позиционирует их для специфического переноса гидрида к Cδ на углеводородной цепи. Электроны из двойной связи Cγ-Cδ перемещаются в положение Cβ-Cγ, а электроны из Cα-Cβ образуют енолят. На последнем этапе протон отрывается от воды [11] до Cα, и тиоэфир преобразуется, в результате чего образуется одна транс-двойная связь Cβ-Cγ. Поскольку конечный протон поступает из воды, pH оказывает значительное влияние на каталитическую скорость, при этом фермент демонстрирует максимальную активность при ~6,0. Снижение активности при pH < 6,0 можно объяснить депротонированием титруемых остатков, которые влияют на сворачивание белка или связывание субстрата. Мутантные белки с модификациями в ключевых кислых аминокислотах (E154, E227, E276, D300, D117) показывают порядок величины увеличения K m и/или уменьшения V max . [8]

Предложенный механизм восстановления 2,4-транс-диеноил-КоА с помощью НАДФН в DECR млекопитающих. Механизм протекает поэтапно через енолятный промежуточный продукт.

Прокариотический DECR

2,4-Диеноил-КоА-редуктаза из Escherichia coli имеет очень похожие кинетические свойства с таковыми у эукариот, но значительно отличается как по структуре, так и по механизму. В дополнение к НАДФН, DECR E. Coli требует набора молекул FAD , FMN и железо-серного кластера для завершения переноса электронов. [12] Еще одним отличием является то, что DECR E. Coli производит конечный 2-транс-еноил-КоА без необходимости в еноил-КоА-изомеразе. [11] Активный центр содержит точно позиционированный Tyr166, который отдает протон Cγ после атаки гидрида на Cδ, завершая восстановление за один согласованный шаг. [13] Удивительно, но мутация Tyr166 не устраняет активность фермента, а вместо этого изменяет продукт на 3-транс-еноил-КоА. Текущее объяснение заключается в том, что Glu164, кислотный остаток в активном центре, действует как донор протонов для Cα, когда Tyr166 отсутствует. [14]

Функция

DECR является одним из трех вспомогательных ферментов, участвующих в ограничивающем скорость этапе окисления ненасыщенных жирных кислот в митохондриях. В частности, этот фермент способствует разрыву двойных связей во всех четных положениях и некоторых двойных связей в нечетных положениях. [8] Структура тройного комплекса pDCR (пероксисомальные 2,4-диеноил-КоА-редуктазы) с НАДФ и его субстратом дает существенные и уникальные сведения о механизме катализа . [15] В отличие от других членов семейства SDR, катализ pDCR не включает пару тирозин - серин . [8] Вместо этого каталитически критический аспартат вместе с инвариантным лизином поляризует молекулу воды, чтобы отдать протон для образования продукта. [9] Хотя pDCR может использовать 2,4-гексадиеноил-КоА в качестве субстрата, сродство к короткоцепочечным жирным кислотам ниже. Анализ шарнирного движения DCR из митохондрий и пероксисом проливает свет на причину уникальной способности пероксисом укорачивать очень длинноцепочечные жирные кислоты . [16]

Клиническое значение

Мутации в гене DECR1 могут привести к дефициту 2,4-диеноил-КоА-редуктазы [ 17] — редкому, но смертельному заболеванию.

Благодаря своей роли в окислении жирных кислот, DECR может служить терапевтической мишенью для лечения инсулиннезависимого сахарного диабета ( NIDDM ), который характеризуется гипергликемией из-за повышенного окисления жирных кислот. [8]

В исследованиях на мышах с нокаутом DECR1 −/− субъекты накапливают значительные концентрации моно- и полиненасыщенных жирных кислот в печени во время голодания (таких как олеиновая кислота , пальмитолеиновая кислота , линолевая кислота и линоленовая кислота ). У мутантных субъектов также была обнаружена плохая переносимость холода, снижение дневной активности и общее снижение адаптации к метаболическим стрессорам . [18]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Ген Энтреза: 2,4-диеноил-КоА-редуктаза 1, митохондриальная".
  2. ^ ab Koivuranta KT, Hakkola EH, Hiltunen JK (декабрь 1994 г.). «Выделение и характеристика кДНК для митохондриальной 2,4-диеноил-коэнзим А-редуктазы человека 120 кДа». The Biochemical Journal . 304 (3): 787–792. doi :10.1042/bj3040787. PMC 1137403 . PMID  7818482. 
  3. ^ Хеландер Х.М., Койвуранта К.Т., Хорелли-Куитунен Н., Палвимо Дж.Дж., Палотие А., Хилтунен Дж.К. (ноябрь 1997 г.). «Молекулярное клонирование и характеристика гена митохондриальной 2,4-диеноил-КоА-редуктазы человека (DECR)». Геномика . 46 (1): 112–119. дои : 10.1006/geno.1997.5004. ПМИД  9403065.
  4. ^ Cuebas D, Schulz H (декабрь 1982 г.). «Доказательства измененного пути деградации линолеата. Метаболизм 2,4-декадиеноил кофермента A». Журнал биологической химии . 257 (23): 14140–14144. doi : 10.1016/S0021-9258(19)45356-8 . PMID  7142199.
  5. ^ ab Liang X, Thorpe C, Schulz H (август 2000 г.). «2,4-Диеноил-КоА-редуктаза из Escherichia coli — это новый железо-серный флавопротеин, который функционирует в бета-окислении жирных кислот». Архивы биохимии и биофизики . 380 (2): 373–379. doi :10.1006/abbi.2000.1941. PMID  10933894.
  6. ^ Хансон, Кеннет Р.; Роуз, Ирвин А. (1975-01-01). «Интерпретации стереоспецифичности ферментативных реакций». Accounts of Chemical Research . 8 (1): 1–10. doi :10.1021/ar50085a001. ISSN  0001-4842.
  7. ^ abc PDB : 1w6u ​; Alphey MS, Yu W, Byres E, Li D, Hunter WN (январь 2005 г.). «Структура и реакционная способность митохондриальной 2,4-диеноил-КоА-редуктазы человека: взаимодействия фермента и лиганда в характерном активном центре короткоцепочечной редуктазы». Журнал биологической химии . 280 (4): 3068–3077. doi : 10.1074/jbc.M411069200 . PMID  15531764.
  8. ^ abcde Yu W, Chu X, Chen G, Li D (февраль 2005 г.). «Исследования митохондриальной 2,4-диеноил-КоА-редуктазы человека». Архив биохимии и биофизики . 434 (1): 195–200. doi :10.1016/j.abb.2004.10.018. PMID  15629123.
  9. ^ ab Hua T, Wu D, Ding W, Wang J, Shaw N, Liu ZJ (август 2012 г.). «Исследования человеческой 2,4-диеноил-КоА-редуктазы проливают новый свет на пероксисомальное β-окисление ненасыщенных жирных кислот». Журнал биологической химии . 287 (34): 28956–28965. doi : 10.1074/jbc.M112.385351 . PMC 3436514. PMID  22745130 . 
  10. ^ Fillgrove KL, Anderson VE (октябрь 2001 г.). «Механизм восстановления диеноил-КоА 2,4-диеноил-КоА-редуктазой является ступенчатым: наблюдение за промежуточным диенолатом». Биохимия . 40 (41): 12412–12421. doi :10.1021/bi0111606. PMID  11591162.
  11. ^ ab Mizugaki M, Kimura C, Nishimaki T, Kawaguchi A, Okuda S, Yamanaka H (август 1983 г.). «Исследования метаболизма ненасыщенных жирных кислот. XII. Реакция, катализируемая 2,4-диеноил-КоА-редуктазой Escherichia coli». Журнал биохимии . 94 (2): 409–413. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a134370. PMID  6355075.
  12. ^ Liang X, Thorpe C, Schulz H (август 2000 г.). «2,4-Диеноил-КоА-редуктаза из Escherichia coli — это новый железо-серный флавопротеин, который функционирует в бета-окислении жирных кислот». Архивы биохимии и биофизики . 380 (2): 373–379. doi :10.1006/abbi.2000.1941. PMID  10933894.
  13. ^ Hubbard PA, Liang X, Schulz H, Kim JJ (сентябрь 2003 г.). «Кристаллическая структура и механизм реакции 2,4-диеноил-КоА-редуктазы Escherichia coli». Журнал биологической химии . 278 (39): 37553–37560. doi : 10.1074/jbc.M304642200 . PMID  12840019.
  14. ^ Tu X, Hubbard PA, Kim JJ, Schulz H (январь 2008 г.). «Два различных донора протонов в активном центре 2,4-диеноил-КоА-редуктазы Escherichia coli ответственны за образование различных продуктов». Биохимия . 47 (4): 1167–1175. doi :10.1021/bi701235t. PMID  18171025.
  15. ^ Ylianttila MS, Pursiainen NV, Haapalainen AM, Juffer AH, Poirier Y, Hiltunen JK, Glumoff T (май 2006 г.). «Кристаллическая структура многофункционального пероксисомального фермента дрожжей: структурная основа субстратной специфичности единиц (3R)-гидроксиацил-CoA-дегидрогеназы». Журнал молекулярной биологии . 358 (5): 1286–1295. doi :10.1016/j.jmb.2006.03.001. PMID  16574148.
  16. ^ Emekli U, Schneidman-Duhovny D, Wolfson HJ, Nussinov R, Haliloglu T (март 2008 г.). "HingeProt: автоматизированное предсказание шарниров в белковых структурах". Белки . 70 (4): 1219–1227. doi : 10.1002/prot.21613 . PMID  17847101. S2CID  26975077.
  17. ^ Roe CR, Millington DS, Norwood DL, Kodo N, Sprecher H, Mohammed BS и др. (май 1990 г.). «Дефицит 2,4-диеноил-коэнзима А-редуктазы: возможное новое нарушение окисления жирных кислот». Журнал клинических исследований . 85 (5): 1703–1707. doi :10.1172/JCI114624. PMC 296625. PMID  2332510 . 
  18. ^ Мииналайнен И.Ю., Шмитц В., Хуотари А., Аутио К.Дж., Сойнинен Р., Вер Лорен ван Темаат Э. и др. (июль 2009 г.). «Дефицит митохондриальной 2,4-диеноил-КоА-редуктазы у мышей приводит к тяжелой гипогликемии с непереносимостью стресса и нарушением кетогенеза». ПЛОС Генетика . 5 (7): e1000543. дои : 10.1371/journal.pgen.1000543 . ПМЦ 2697383 . ПМИД  19578400. 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=2,4_Диеноил-КоА_редуктаза&oldid=1189408987"