Ацетил-КоА
 | В этой статье есть несколько проблем. Помогите улучшить ее или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти сообщения )
|
 | |
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК O 1 -{(3 R )-4-[(3-{[2-(Ацетилсульфанил)этил]амино}-3-оксопропил)амино]-3-гидрокси-2,2-диметил-4-оксобутил} O 3 -{[(2 R ,3 S ,4 R ,5 R )-5-(6-амино-9 H -пурин-9-ил)-4-гидрокси-3-(фосфоноокси)оксолан-2-ил]метил} дигидродифосфат | |
| Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) |
|
| ЧЭБИ |
|
| ChemSpider |
|
| Информационная карта ECHA | 100.000.719 |
| |
| КЕГГ |
|
| МеШ | Ацетил+Кофермент+А |
CID PubChem |
|
| УНИИ |
|
Панель инструментов CompTox ( EPA ) |
|
| |
| |
| Характеристики | |
| С 23 Н 38 Н 7 О 17 П 3 С | |
| Молярная масса | 809,57 г·моль −1 |
| УФ-видимый (λ макс ) | 260 нм; 232 нм [1] |
| Поглощение | ε 260 = 16,4 мМ -1 см -1 (аденозин) [1] ε 232 = 8,7 мМ -1 см -1 (тиоэфир) [1] Δ ε 232 при гидролизе тиоэфира = -4,5 мМ -1 см -1 [1] |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Ацетил-КоА ( ацетилкофермент А ) — это молекула, которая участвует во многих биохимических реакциях в метаболизме белков, углеводов и липидов . [2] Ее основная функция — доставлять ацетильную группу в цикл лимонной кислоты (цикл Кребса) для окисления с целью получения энергии.
Коэнзим А (CoASH или CoA) состоит из β-меркаптоэтиламиновой группы, связанной с пантотеновой кислотой (витамином B5) через амидную связь [3] и 3'-фосфорилированный АДФ. Ацетильная группа (обозначенная синим цветом на структурной схеме справа) ацетил-КоА связана с сульфгидрильной группой β-меркаптоэтиламиновой группы. Эта тиоэфирная связь является «высокоэнергетической» связью, которая особенно реактивна. Гидролиз тиоэфирной связи является экзергоническим (−31,5 кДж/моль).
КоА ацетилируется в ацетил-КоА путем расщепления углеводов посредством гликолиза и расщепления жирных кислот посредством β-окисления . Затем ацетил-КоА входит в цикл лимонной кислоты, где ацетильная группа окисляется до углекислого газа и воды, а высвобождаемая энергия улавливается в форме 11 АТФ и одного ГТФ на ацетильную группу.
Конрад Блох и Федор Линен были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 1964 года за открытия, связывающие ацетил-КоА и метаболизм жирных кислот. Фриц Липманн получил Нобелевскую премию в 1953 году за открытие кофактора кофермента А. [4 ]
Роль
Ацетил-КоА — это метаболический промежуточный продукт , который участвует во многих метаболических путях в организме. Он вырабатывается при расщеплении глюкозы , жирных кислот и аминокислот и используется в синтезе многих других биомолекул , включая холестерин , жирные кислоты и кетоновые тела . Ацетил-КоА также является ключевой молекулой в цикле лимонной кислоты , который представляет собой серию химических реакций, происходящих в митохондриях клеток и отвечающих за выработку энергии в форме АТФ . [5] [6]
Кроме того, ацетил-КоА является предшественником биосинтеза различных ацетил-химических веществ, выступая в качестве промежуточного звена для переноса ацетильной группы во время биосинтеза этих ацетил-химических веществ. Ацетил-КоА также участвует в регуляции различных клеточных механизмов, предоставляя ацетильные группы для целевых аминокислотных остатков для посттрансляционных реакций ацетилирования белков.
Биосинтез
Ацетилирование КоА определяется источниками углерода. [7] [8]
Экстрамитохондриальный
- При высоких уровнях глюкозы гликолиз происходит быстро, тем самым увеличивая количество цитрата , произведенного из цикла лимонной кислоты . Затем этот цитрат экспортируется в другие органеллы за пределами митохондрий, чтобы расщепляться на ацетил-КоА и оксалоацетат ферментом АТФ-цитратлиазой ( ACL). Эта основная реакция сопряжена с гидролизом АТФ. [9] [10]
- При низком уровне глюкозы:
- КоА ацетилируется с использованием ацетата ацетил -КоА-синтетазой (АКС), также в сочетании с гидролизом АТФ . [11]
- Этанол также служит источником углерода для ацетилирования КоА с использованием фермента алкогольдегидрогеназы . [12]
- Происходит деградация кетогенных аминокислот с разветвленной цепью, таких как валин , лейцин и изолейцин . Эти аминокислоты преобразуются в α-кетокислоты путем трансаминирования и в конечном итоге в изовалерил-КоА путем окислительного декарбоксилирования комплексом дегидрогеназы α-кетокислот. Изовалерил-КоА подвергается дегидрогенизации , карбоксилированию и гидратации с образованием другого промежуточного производного КоА, прежде чем он расщепляется на ацетил-КоА и ацетоацетат . [13] [ нужна страница ]
Внутримитохондриальный
- При высоких уровнях глюкозы ацетил-КоА образуется посредством гликолиза . [14] Пируват подвергается окислительному декарбоксилированию, в ходе которого он теряет свою карбоксильную группу (в виде диоксида углерода ) и образует ацетил-КоА, выделяя 33,5 кДж/моль энергии. Окислительное превращение пирувата в ацетил-КоА называется реакцией пируватдегидрогеназы . Оно катализируется комплексом пируватдегидрогеназы . Возможны и другие превращения между пируватом и ацетил-КоА. Например, пируватформиатлиаза диспропорционирует пируват на ацетил-КоА и муравьиную кислоту .
- При низком уровне глюкозы выработка ацетил-КоА связана с β-окислением жирных кислот . Сначала жирные кислоты преобразуются в ацил-КоА. Затем ацил-КоА расщепляется в четырехступенчатом цикле окисления , гидратации , окисления и тиолиза, катализируемом четырьмя соответствующими ферментами, а именно ацил-КоА-дегидрогеназой , еноил-КоА-гидратазой , 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназой и тиолазой . Цикл производит новую цепь жирных кислот с двумя меньшими атомами углерода и ацетил-КоА в качестве побочного продукта. [15]
Функции
Промежуточные продукты в различных путях
- В клеточном дыхании
- Цикл лимонной кислоты :
- Благодаря серии химических реакций запасенная энергия высвобождается путем окисления ацетил-КоА, полученного из углеводов, жиров и белков, в аденозинтрифосфат (АТФ) и углекислый газ .
- Метаболизм жирных кислот
- Ацетил-КоА образуется в результате расщепления как углеводов ( гликолизом ), так и липидов ( β-окислением ). Затем он входит в цикл лимонной кислоты в митохондриях, соединяясь с оксалоацетатом с образованием цитрата . [16] [17]
- Две молекулы ацетил-КоА конденсируются, образуя ацетоацетил-КоА , что приводит к образованию ацетоацетата и β-гидроксибутирата . [16] Ацетоацетат, β-гидроксибутират и их спонтанный продукт распада ацетон [18] часто, но сбивает с толку, называются кетоновыми телами (поскольку они вовсе не «тела», а водорастворимые химические вещества). Кетоновые тела выделяются печенью в кровь. Все клетки с митохондриями могут забирать кетоновые тела из крови и преобразовывать их в ацетил-КоА, который затем может использоваться в качестве топлива в их циклах лимонной кислоты, поскольку никакая другая ткань не может направить свой оксалоацетат в глюконеогенный путь так, как это делает печень. В отличие от свободных жирных кислот, кетоновые тела могут пересекать гематоэнцефалический барьер и, следовательно, доступны в качестве топлива для клеток центральной нервной системы , выступая в качестве замены глюкозы, на которой эти клетки обычно выживают. [16] Возникновение высоких уровней кетоновых тел в крови во время голодания , низкоуглеводной диеты , длительных тяжелых упражнений и неконтролируемого сахарного диабета 1 типа известно как кетоз , а в своей крайней форме при неконтролируемом сахарном диабете 1 типа — как кетоацидоз .
- С другой стороны, когда концентрация инсулина в крови высокая, а глюкагона низкая (например, после еды), ацетил-КоА, произведенный в результате гликолиза, конденсируется, как обычно, с оксалоацетатом, образуя цитрат в митохондрии. Однако вместо того, чтобы продолжить цикл лимонной кислоты и превратиться в углекислый газ и воду, цитрат удаляется из митохондрии в цитоплазму . [16] Там он расщепляется АТФ-цитратлиазой на ацетил-КоА и оксалоацетат. Оксалоацетат возвращается в митохондрию в виде малата (а затем снова превращается в оксалоацетат, чтобы перенести больше ацетил-КоА из митохондрии). [19] Этот цитозольный ацетил-КоА затем может быть использован для синтеза жирных кислот посредством карбоксилирования ацетил-КоА-карбоксилазой в малонил-КоА , первый обязательный шаг в синтезе жирных кислот. [19] [20] Это преобразование происходит в основном в печени, жировой ткани и лактирующих молочных железах , где жирные кислоты объединяются с глицерином , образуя триглицериды , основной топливный резервуар большинства животных. Жирные кислоты также являются компонентами фосфолипидов , которые составляют основную часть липидных бислоев всех клеточных мембран . [16]
- У растений синтез жирных кислот de novo происходит в пластидах . Многие семена накапливают большие запасы масел для поддержки прорастания и раннего роста сеянца, прежде чем он станет чистым фотосинтетическим организмом.
- Цитозольный ацетил-КоА также может конденсироваться с ацетоацетил-КоА с образованием 3-гидрокси- 3 -метилглутарил-КоА ( ГМГ-КоА ), который является этапом, ограничивающим скорость синтеза холестерина . [16] Холестерин может использоваться как таковой, как структурный компонент клеточных мембран, или его можно использовать для синтеза стероидных гормонов , желчных солей и витамина D. [ 16] [20]
- Ацетил-КоА может карбоксилироваться в цитозоле ацетил-КоА-карбоксилазой , что приводит к образованию малонил-КоА — субстрата, необходимого для синтеза флавоноидов и родственных поликетидов , для удлинения жирных кислот с целью получения восков , кутикулы и масел семян у представителей семейства Brassica , а также для малонирования белков и других фитохимических веществ. [21] В растениях к ним относятся сесквитерпены , брассиностероиды (гормоны) и мембранные стерины .
- Синтез стероидов :
- Ацетил-КоА участвует в мевалонатном пути , участвуя в синтезе гидроксиметилглутарил-КоА.
- Синтез ацетилхолина :
- Ацетил-КоА также является важным компонентом биогенного синтеза нейротрансмиттера ацетилхолина . Холин в сочетании с ацетил-КоА катализируется ферментом холинацетилтрансферазой с образованием ацетилхолина и кофермента А в качестве побочного продукта.
- Синтез мелатонина
- Ацетилирование
- Ацетил-КоА также является источником ацетильной группы, включаемой в определенные остатки лизина гистоновых и негистоновых белков в посттрансляционной модификации ацетилирования . Это ацетилирование катализируется ацетилтрансферазами . Это ацетилирование влияет на рост клеток , митоз и апоптоз . [22]
- Аллостерический регулятор
- Ацетил-КоА служит аллостерическим регулятором киназы пируватдегидрогеназы (ПДК). Он регулирует через соотношение ацетил-КоА и КоА. Повышенная концентрация ацетил-КоА активирует ПДК. [23]
- Ацетил-КоА также является аллостерическим активатором пируваткарбоксилазы . [24]
Интерактивная карта маршрутов
Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы посетить страницы Gene Wiki и связанные статьи Wikipedia. Путь можно загрузить и отредактировать на WikiPathways.
Смотрите также
Ссылки
- ^ abcd Доусон Р. М., Эллиотт Д. К., Эллиотт У. Х., Джонс К. М. (2002). Данные для биохимических исследований (3-е изд.). Clarendon Press. стр. 117. ISBN 978-0-19-855299-4.
- ^ "Acetyl CoA Crossroads". chemistry.elmhurst.edu . Архивировано из оригинала 2016-11-15 . Получено 2016-11-08 .
- ^ "Жирные кислоты — Структура ацетил-КоА". library.med.utah.edu . Получено 2017-06-02 .
- ^ "Все Нобелевские премии по физиологии и медицине". Нобелевская премия .
- ^ Zhang S, Yang W, Chen H, Liu B, Lin B, Tao Y (август 2019 г.). «Метаболическая инженерия для эффективного снабжения ацетил-КоА из различных источников углерода в Escherichia coli». Microb Cell Fact . 18 (1): 130. doi : 10.1186/s12934-019-1177-y . PMC 6685171. PMID 31387584 .
- ^ "5.12G: Путь ацетил-КоА". 9 мая 2017 г.
- ^ Hynes MJ, Murray SL (2010-07-01). «АТФ-цитратлиаза необходима для производства цитозольного ацетилкофермента А и развития в Aspergillus nidulans». Eukaryotic Cell . 9 (7): 1039–1048. doi :10.1128/EC.00080-10. ISSN 1535-9778. PMC 2901662. PMID 20495057 .
- ^ Wellen KE, Thompson CB (2012-04-01). «Двусторонняя улица: взаимная регуляция метаболизма и сигнализации». Nature Reviews Molecular Cell Biology . 13 (4): 270–276. doi :10.1038/nrm3305. ISSN 1471-0072. PMID 22395772. S2CID 244613.
- ^ Storey KB (2005-02-25). Функциональный метаболизм: регуляция и адаптация. John Wiley & Sons. ISBN 9780471675570.
- ^ "ACLY АТФ цитратлиаза [Homo sapiens (человек)] - Ген - NCBI". www.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 2016-11-06 .
- ^ Ragsdale SW (2004). «Жизнь с оксидом углерода». CRC Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology . 39 (3): 165–195. doi :10.1080/10409230490496577. PMID 15596550. S2CID 16194968.
- ^ Чаттерджи (2004-01-01). Учебник биохимии для студентов стоматологических/медсестринских/фармацевтических вузов. Издательство Jaypee Brothers. ISBN 9788180612046.[ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2002). Биохимия (5-е изд.). У. Х. Фриман. ISBN 978-0716730514.
- ^ Blackstock JC (2014-06-28). Руководство по биохимии. Butterworth-Heinemann. ISBN 9781483183671.
- ^ Houten SM, Wanders RJ (2010-03-02). «Общее введение в биохимию β-окисления митохондриальных жирных кислот». Журнал наследственных метаболических заболеваний . 33 (5): 469–477. doi :10.1007/s10545-010-9061-2. ISSN 0141-8955. PMC 2950079. PMID 20195903 .
- ^ abcdefg Stryer L (1995). Биохимия (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С. 510–515, 559–565, 581–613, 614–623, 775–778. ISBN 978-0-7167-2009-6.
- ^ "Окисление жирных кислот". 2013-10-11.
- ^ «Метаболизм кетоновых тел». Университет Ватерлоо.
- ^ ab Ferre P, F. Foufelle (2007). "SREBP-1c Transcription Factor and Lipid Homeostasis: Clinical Perspective". Hormone Research . 68 (2): 72–82. doi : 10.1159/000100426 (неактивен 2024-07-07). PMID 17344645.
этот процесс графически изложен на странице 73
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactive as of July 2024 (link) - ^ ab Voet D, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt (2006). Основы биохимии, 2-е издание. John Wiley and Sons, Inc. стр. 547, 556. ISBN 978-0-471-21495-3.
- ^ Fatland BL (2005). "Обратная генетическая характеристика цитозольной генерации ацетил-КоА АТФ-цитратлиазой у Arabidopsis". The Plant Cell Online . 17 (1): 182–203. doi :10.1105/tpc.104.026211. PMC 544498. PMID 15608338 .
- ^ Yi CH, Vakifahmetoglu-Norberg H, Yuan J (2011-01-01). «Интеграция апоптоза и метаболизма». Симпозиумы Cold Spring Harbor по количественной биологии . 76 : 375–387. doi : 10.1101/sqb.2011.76.010777 . ISSN 0091-7451. PMID 22089928.
- ^ Pettit FH, Pelley JW, Reed LJ (1975-07-22). "Регулирование пируватдегидрогеназной киназы и фосфатазы с помощью соотношений ацетил-КоА/КоА и НАДН/НАД". Biochemical and Biophysical Research Communications . 65 (2): 575–582. doi :10.1016/S0006-291X(75)80185-9. PMID 167775.
- ^ Джитрапакди С., Морис М.С., Реймент И. , Клеланд В.В., Уоллес Дж.К., Этвуд П.В. (01.08.2008). «Структура, механизм и регуляция пируваткарбоксилазы». Биохимический журнал . 413 (3): 369–387. doi :10.1042/BJ20080709. ISSN 0264-6021. PMC 2859305. PMID 18613815 .
Внешние ссылки
- Ацетил+Коэнзим+А в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
