Бета-кетоацил-АПБ-синтаза
| 3-оксоацил-АПБ-синтаза, митохондриальная | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||
| Символ | ОКССМ | ||||||
| ген NCBI | 54995 | ||||||
| HGNC | 26063 | ||||||
| ОМИМ | 610324 | ||||||
| РефСек | NM_017897 | ||||||
| UniProt | Q9NWU1 | ||||||
| Другие данные | |||||||
| Номер ЕС | 2.3.1.41 | ||||||
| Локус | Хр. 3 стр. 24.2 | ||||||
| |||||||
| Бета-кетоацилсинтаза, N-концевой домен | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 кристаллическая структура бета-кетоацил-[ацилпереносящего белка] синтазы II из Streptococcus pneumoniae, триклинная форма | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | кетоацил-синтетаза | ||||||||
| Пфам | ПФ00109 | ||||||||
| Клан ПФАМ | CL0046 | ||||||||
| ИнтерПро | ИПР014030 | ||||||||
| ПРОСИТ | PDOC00529 | ||||||||
| СКОП2 | 1kas / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Бета-кетоацилсинтаза, С-концевой домен | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 комплекс гексановой кислоты митохондриальной бета-кетоацил-ацетил-синтазы арабидопсиса thaliana | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Кетоацил-синтетаза_C | ||||||||
| Пфам | ПФ02801 | ||||||||
| Клан ПФАМ | CL0046 | ||||||||
| ИнтерПро | ИПР014031 | ||||||||
| ПРОСИТ | PDOC00529 | ||||||||
| СКОП2 | 1kas / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
В молекулярной биологии бета-кетоацил-АПБ-синтаза EC 2.3.1.41 является ферментом , участвующим в синтезе жирных кислот . Обычно он использует малонил-КоА в качестве источника углерода для удлинения связанных с АПБ ацильных видов, что приводит к образованию связанных с АПБ β-кетоацильных видов , таких как ацетоацетил - АПБ . [1]
Бета-кетоацил-АПБ- синтаза — это высококонсервативный фермент , который встречается почти во всех формах жизни на Земле как домен в синтазы жирных кислот (FAS). FAS существует в двух типах, метко названных типом I и II. У животных , грибов и низших эукариот бета-кетоацил-АПБ-синтазы составляют один из каталитических доменов более крупных многофункциональных белков (тип I), тогда как у большинства прокариот , а также в пластидах и митохондриях бета-кетоацил-АПБ-синтазы представляют собой отдельные белковые цепи, которые обычно образуют димеры (тип II). [1] [2] Бета-кетоацил-АПБ-синтаза III, возможно, самый известный из этого семейства ферментов, катализирует конденсацию Кляйзена между ацетил -КоА и малонил-АПБ . На изображении ниже показано, как КоА вписывается в активный центр в качестве субстрата синтазы III.
Бета-кетоацил-АПБ-синтазы I и II катализируют только реакции ацил-АПБ с малонил-АПБ. Синтазы I и II способны производить длинноцепочечные ацил-АПБ. Обе эффективны вплоть до ацил-АПБ с 14- углеродной цепью, после чего синтаза II становится более эффективным выбором для дальнейшего добавления углерода. FAS типа I катализирует все реакции, необходимые для создания пальмитиновой кислоты , которая является необходимой функцией у животных для метаболических процессов , один из которых включает образование сфингозинов . [1]
Бета-кетоацил-АПБ-синтаза входит в состав ряда ферментативных систем, включая синтетазу жирных кислот (FAS); многофункциональную синтазу 6-метилсалициловой кислоты (MSAS) из Penicillium patulum [3] , которая участвует в биосинтезе поликетидного антибиотика ; ферментные системы синтазы поликетидных антибиотиков ; многофункциональный белок Wa Emericella nidulans , который участвует в биосинтезе конидиального зеленого пигмента ; белок клубеньков Rhizobium nodE, который, вероятно, действует как бета-кетоацилсинтаза в синтезе жирной ацильной цепи фактора клубеньков Nod ; и митохондриальный белок дрожжей CEM1.
Структура
Бета-кетоацилсинтаза содержит два белковых домена . Активный сайт расположен между N- и C-концевыми доменами. N-концевой домен содержит большинство структур, участвующих в образовании димеров , а также цистеин активного сайта . Остатки из обоих доменов способствуют связыванию субстрата и катализу [4]
У животных и прокариот бета-кетоацил-АПБ-синтаза является доменом на FAS типа I, который представляет собой большой ферментный комплекс, имеющий несколько доменов для катализа нескольких различных реакций. Аналогично, бета-кетоацил-АПБ-синтаза у растений обнаруживается в FAS типа II; обратите внимание, что было задокументировано, что синтазы у растений имеют ряд субстратных специфичностей . [1] Наличие схожих кетоацил-синтаз, присутствующих во всех живых организмах, указывает на общего предка . [5] Дальнейшее изучение бета-кетоацил-АПБ-синтаз I и II E. coli показало, что обе являются гомодимерными , но синтаза II немного больше. Однако, несмотря на то, что они обе участвуют в метаболизме жирных кислот , они также имеют сильно различающуюся первичную структуру . [6] В синтазе II каждая субъединица состоит из пятицепочечного бета-складчатого листа, окруженного несколькими альфа-спиралями , показанными на изображении слева. Активные центры расположены относительно близко, всего в 25 ангстремах друг от друга, и состоят в основном из гидрофобного кармана. [4] Некоторые эксперименты также предполагают наличие «туннелей для транспорта жирных кислот» в домене бета-кетоацил-АПБ-синтазы, которые ведут к одной из многих «полостей жирных кислот», которая по сути действует как активный центр. [7]
Механизм
Механизм бета-кетоацил-синтазы является предметом споров среди химиков. Многие согласны с тем, что Cys171 активного центра атакует карбонил ацетил-АПБ и, как и большинство ферментов, стабилизирует промежуточное соединение с другими остатками в активном центре. Впоследствии АПБ удаляется, и в этом процессе он депротонирует His311 . Затем тиоэфир регенерируется с цистеином в активном центре. Декарбоксилирование малонил-КоА, который также находится в активном центре, первоначально создает енолят , который стабилизируется His311 и His345. Енолят таутомеризуется в карбанион , который атакует тиоэфир комплекса ацетил-фермент. [8] Некоторые источники предполагают, что активированная молекула воды также находится в активном центре как средство гидратации высвобождаемого CO2 или атаки C3 малонил-КоА. Другой предложенный механизм рассматривает создание тетраэдрического переходного состояния . [1] Движущей силой реакции является декарбоксилирование малонил-АПБ; энергия, захваченная в этой связи, технически исходит от АТФ , которая изначально используется для карбоксилирования ацетил-КоА в малонил-КоА. [9]
Биологическая функция
Основная функция бета-кетоацил-АПБ-синтазы заключается в производстве жирных кислот различной длины для использования организмом. Эти применения включают хранение энергии и создание клеточных мембран . Жирные кислоты также могут использоваться для синтеза простагландинов , фосфолипидов и витаминов , среди многих других вещей. Кроме того, пальмитиновая кислота , которая создается бета-кетоацил-синтазами на FAS типа I, используется в ряде биологических возможностей. Она является предшественником как стеариновой , так и пальмитолеиновой кислот . Пальмитолеиновая кислота может впоследствии использоваться для создания ряда других жирных кислот. [10] Пальмитиновая кислота также используется для синтеза сфингозинов , которые играют роль в клеточных мембранах. [1]
Клиническое значение
Различные типы бета-кетоацил-АПБ-синтаз при ФАС типа II называются FabB, FabF и FabH-синтазами. FabH катализирует типичную реакцию кетоацил-синтазы с малонил-АПБ и ацетил-КоА. FabB и FabF катализируют другие родственные реакции. Учитывая, что их функция необходима для надлежащей биологической функции, окружающей синтез липопротеинов , фосфолипидов и липополисахаридов , они стали мишенью при разработке антибактериальных препаратов . Чтобы адаптироваться к окружающей среде , бактерии изменяют фосфолипидный состав своих мембран. Таким образом, ингибирование этого пути может стать точкой воздействия в нарушении бактериальной пролиферации . [11] Изучая Yersinia pestis , вызывающую бубонную , легочную и септическую чуму, исследователи показали, что FabB, FabF и FabH теоретически могут быть ингибированы одним и тем же препаратом из-за сходства в их сайтах связывания . Однако такой препарат еще не разработан. [12] Церуленин , молекула, которая, по-видимому, ингибирует, имитируя «состояние перехода конденсации», может ингибировать только B или F, но не H. Другая молекула, тиолактомицин, которая имитирует малонил-АПБ в активном сайте, может ингибировать только FabB. [13] Наконец, платенсимицин также может использоваться в качестве антибиотика из-за его ингибирования FabF. [14]
Эти типы препаратов весьма актуальны. Например, Y. pestis был основным возбудителем Юстиниановой чумы , Черной смерти и современной чумы. Даже в течение последних пяти лет Китай , Перу и Мадагаскар пережили вспышку инфекции Y. pestis . Если ее не лечить в течение 24 часов, она обычно приводит к смерти. Более того, есть опасения, что теперь ее можно использовать в качестве возможного биологического оружия . [12]
К сожалению, многие препараты, нацеленные на прокариотические бета-кетоацил-синтазы, имеют много побочных эффектов . Учитывая сходство между прокариотической кетоацил-синтазой и митохондриальной, эти типы препаратов имеют тенденцию непреднамеренно также воздействовать на митохондриальные синтазы, что приводит ко многим биологическим последствиям для человека. [2]
Промышленное применение
Недавние усилия в области биоинженерии включают разработку белков FAS, которые включают домены бета-кетоацил-АПБ-синтазы, чтобы способствовать синтезу разветвленных углеродных цепей как возобновляемого источника энергии . Разветвленные углеродные цепи содержат больше энергии и могут использоваться при более низких температурах из-за их более низкой точки замерзания . Используя E. coli в качестве организма по выбору, инженеры заменили эндогенный домен FabH на FAS, который благоприятствует неразветвленным цепям , на версии FabH, которые благоприятствуют разветвлению из-за их высокой субстратной специфичности для разветвленных ацил-АПБ. [15]
Смотрите также
- Бета-кетоацил-АПБ-синтаза I
- Бета-кетоацил-АПБ-синтаза II
- Бета-кетоацил-АПБ-синтаза III
- 3-оксоацил-(ацил-переносящий-белок) редуктаза
Ссылки
- ^ abcdef Витковски А., Джоши АК., Смит С. (2002). «Механизм реакции β-кетоацилсинтазы, катализируемой синтазой жирных кислот животных †». Биохимия . 41 (35): 10877– 10887. doi :10.1021/bi0259047. PMID 12196027.
- ^ аб Кристенсен CE, Крагелунд BB, фон Веттштейн-Ноулз П, Хенриксен А (01 февраля 2007 г.). «Структура человеческой β-кетоацил [ACP] синтазы из митохондриальной синтазы жирных кислот типа II». Белковая наука . 16 (2): 261–272 . doi : 10.1110/ps.062473707. ISSN 0961-8368. ПМК 2203288 . ПМИД 17242430.
- ^ Beck J, Ripka S, Siegner A, Schiltz E, Schweizer E (сентябрь 1990 г.). «Многофункциональный ген синтазы 6-метилсалициловой кислоты Penicillium patulum. Его структура гена относительно других поликетидсинтаз». European Journal of Biochemistry . 192 (2): 487–98 . doi :10.1111/j.1432-1033.1990.tb19252.x. PMID 2209605.
- ^ ab Huang W, Jia J, Edwards P, Dehesh K, Schneider G, Lindqvist Y (март 1998). "Кристаллическая структура бета-кетоацил-ацил-переносящего белка синтазы II из E.coli раскрывает молекулярную архитектуру конденсирующих ферментов". The EMBO Journal . 17 (5): 1183– 91. doi :10.1093/emboj/17.5.1183. PMC 1170466 . PMID 9482715.
- ^ Beld J, Blatti JL, Behnke C, Mendez M, Burkart MD (2014-08-01). «Эволюция ацил-АПБ-тиоэстераз и β-кетоацил-АПБ-синтаз, выявленная с помощью белок-белковых взаимодействий». Журнал прикладной физиологии . 26 (4): 1619– 1629. Bibcode : 2014JAPco..26.1619B. doi : 10.1007/s10811-013-0203-4. ISSN 0921-8971. PMC 4125210. PMID 25110394 .
- ^ Гарвин Дж. Л., Клагес АЛ., Кронан Дж. Э. (1980-12-25). «Структурные, ферментативные и генетические исследования синтаз I и II белка-переносчика бета-кетоацил-ацила Escherichia coli». Журнал биологической химии . 255 (24): 11949– 11956. doi : 10.1016/S0021-9258(19)70226-9 . ISSN 0021-9258. PMID 7002930.
- ^ Cui W, Liang Y, Tian W, Ji M, Ma X (2016-03-01). "Регулирующий эффект домена β-кетоацилсинтазы синтазы жирных кислот на длину жирной ацильной цепи в синтезе жирных кислот de novo". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1861 (3): 149– 155. doi :10.1016/j.bbalip.2015.12.002. PMID 26680361.
- ^ Ли В., Энгельс Б. (2014). «Повторное рассмотрение состояния протонирования каталитических остатков в состоянии покоя KasA: подробный механизм активации KasA собственным субстратом». Биохимия . 53 (5): 919–931 . doi :10.1021/bi401308j. PMID 24479625.
- ^ Tymoczko J, Berg, Stryer (2013). Биохимия Краткий курс . Соединенные Штаты Америки: WH Freeman and Company. ISBN 978-1-4292-8360-1.
- ^ "Пальмитиновая кислота, насыщенная жирная кислота, в клеточной культуре". Sigma-Aldrich . Получено 29.02.2016 .
- ^ Zhang YM, Rock CO (2008-03-01). "Гомеостаз мембранных липидов у бактерий". Nature Reviews Microbiology . 6 (3): 222– 233. doi :10.1038/nrmicro1839. ISSN 1740-1526. PMID 18264115. S2CID 7888484.
- ^ ab Nanson JD, Himiari Z, Swarbrick CM, Forwood JK (2015-10-15). "Структурная характеристика синтаз бета-кетоацил-ацилпереносящего белка, FabF и FabH, Yersinia pestis". Scientific Reports . 5 : 14797. Bibcode :2015NatSR...514797N. doi :10.1038/srep14797. PMC 4606726 . PMID 26469877.
- ^ Price AC, Choi KH, Heath RJ, Li Z, White SW, Rock CO (2001-03-02). "Ингибирование β-кетоацил-ацил-переносящих белков-синтаз тиолактомицином и церуленином СТРУКТУРА И МЕХАНИЗМ". Журнал биологической химии . 276 (9): 6551– 6559. doi : 10.1074/jbc.M007101200 . ISSN 0021-9258. PMID 11050088.
- ^ Райт Х.Т., Рейнольдс К.А. (2007-10-01). «Антибактериальные мишени в биосинтезе жирных кислот». Current Opinion in Microbiology . Antimicrobials/Genomics. 10 (5): 447– 453. doi :10.1016/j.mib.2007.07.001. PMC 2271077. PMID 17707686 .
- ^ Jiang W, Jiang Y, Bentley GJ, Liu D, Xiao Y, Zhang F (2015-08-01). "Повышенное производство жирных кислот с разветвленной цепью путем замены β-кетоацил-(ацил-переносящий-белок) синтазы III (FabH)". Биотехнология и биоинженерия . 112 (8): 1613– 1622. doi :10.1002/bit.25583. ISSN 1097-0290. PMID 25788017. S2CID 35469786.
Внешние ссылки
- бета+Кетоацил+АЦП+Синтаза в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
Дальнейшее чтение
- Jiang W, Jiang Y, Bentley GJ, Liu D, Xiao Y, Zhang F (август 2015 г.). «Повышенное производство жирных кислот с разветвленной цепью путем замены β-кетоацил-(ацил-переносящий-белок) синтазы III (FabH)». Биотехнология и биоинженерия . 112 (8): 1613– 22. doi :10.1002/bit.25583. PMID 25788017. S2CID 35469786.
- Witkowski A, Joshi AK, Smith S (сентябрь 2002 г.). «Механизм реакции бета-кетоацилсинтазы, катализируемой синтазой жирных кислот животных». Биохимия . 41 (35): 10877– 87. doi :10.1021/bi0259047. PMID 12196027.
- Christensen CE, Kragelund BB, von Wettstein-Knowles P, Henriksen A (февраль 2007 г.). «Структура человеческой бета-кетоацил [ACP] синтазы из митохондриальной синтазы жирных кислот типа II». Protein Science . 16 (2): 261– 72. doi :10.1110/ps.062473707. PMC 2203288 . PMID 17242430.
- Lee W, Engels B (февраль 2014). «Протонированное состояние каталитических остатков в состоянии покоя KasA пересмотрено: подробный механизм активации KasA собственным субстратом». Биохимия . 53 (5): 919– 31. doi :10.1021/bi401308j. PMID 24479625.
