Длинноцепочечные жирные кислоты - КоА-лигаза - Long-chain-fatty-acid—CoA ligase - Wikipedia

длинноцепочечные жирные кислоты - КоА-лигаза
PDB 1v26 EBI.jpg
Гомодимер длинноцепочечной жирной ацил-КоА синтетазы из Термус термофильный.[1]
Идентификаторы
Номер ЕС6.2.1.3
Количество CAS9013-18-7
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
член семейства длинноцепочечных ацил-КоА синтетазы 1
Идентификаторы
СимволACSL1
Альт. символыFACL2
Ген NCBI2180
HGNC3569
OMIM152425
RefSeqNM_001995
UniProtP33121
Прочие данные
Номер ЕС6.2.1.3
LocusChr. 4 q35

В длинноцепочечная жирная ацил-КоА лигаза (или же синтетаза) является фермент из лигаза семейство, активирующее окисление сложных жирные кислоты.[2] Длинноцепочечная жирная ацил-КоА синтетаза катализирует образование жирных кислот. ацил-КоА с помощью двухэтапного процесса, проходящего через аденилированный средний.[3] Фермент катализирует следующую реакцию:

Жирная кислота + CoA + АТФ ⇌ Ацил-КоА + AMP + PPя

Он присутствует во всех организмах, от бактерий до человека. Он катализирует предварительную реакцию для β-окисление жирных кислот или могут быть включены в фосфолипиды.

Функция

Длинноцепочечная жирная ацил-КоА синтетаза, LC-FACS, играет роль в физиологической регуляции различных клеточных функций посредством производства длинноцепочечной жирной ацил-КоА. сложные эфиры, которые, как сообщается, затронули белок транспорт, активация ферментов, ацилирование белков, клеточная сигнализация и регуляция транскрипции.[1] Образование жирного ацил-КоА катализируется в две стадии: стабильное промежуточное соединение молекулы жирного ацил-АМФ и затем образуется продукт - молекула ацил-КоА жирной кислоты.[4]

Синтетаза жирных ацил-КоА катализирует активацию длинной цепи жирных кислот до жирных ацил-КоА, требуя энергии 1 АТФ к AMP и пирофосфат. На этом этапе используются 2 «эквивалента АТФ», потому что пирофосфат расщепляется на 2 молекулы неорганического фосфата, разрушая высокоэнергетический фосфат. связь.

Механизм и активный сайт

Механизм для длинноцепочечной жирной ацил-КоА синтетазы представляет собой механизм «би-уни-уни-би-пинг-понг».[1] Префиксы uni и bi относятся к количеству субстратов, которые входят в фермент, и количеству продуктов, которые покидают фермент; bi описывает ситуацию, когда два субстрата входят в фермент одновременно. Пинг-понг означает, что продукт высвобождается до того, как другой субстрат сможет связываться с ферментом.

На первом этапе АТФ и длинная цепочка жирная кислота ввести фермент активный сайт. В активном центре отрицательно заряженный кислород жирной кислоты атакует альфа-фосфат на АТФ, образуя промежуточное соединение жирной кислоты с длинной цепью АТФ. (Шаг 1, рисунок 3) На втором этапе Пирофосфат (PPi) листья, в результате чего молекула жирной кислоты с длинной цепью AMP внутри фермента активный сайт. (Шаг 2, рисунок 3) Коэнзим А теперь входит в фермент, и образуется еще один промежуточный продукт, который состоит из длинноцепочечного кофермента А жирной кислоты с АМФ (этап 3, рис. 3). В конце этого механизма высвобождаются два продукта: АМФ и ацилкоа синтетаза. (Шаг 4, рисунок 3)

Ацил КоА образуется из длинноцепочечных жирных кислот в результате ацильного замещения. В АТФ-зависимой реакции карбоксилат жирной кислоты превращается в тиоэфир. Конечными продуктами этой реакции являются ацил-КоА, пирофосфат (PPi) и AMP.

Рисунок 2. Асимметричная единица длинноцепочечной жирной ацил-CoA синтетазы, показывающая остатки активного сайта Trp 234, Tyr504 и Glu540 вместе с потенциально поддерживающим остатком Asn450.[1]

Структура

Есть несколько хорошо охраняемых территорий и 20-30% аминокислота сходство последовательностей между членами этого суперсемейства.[1] Ферменты этого семейства состоят из большого N-концевого и малого C-концевого домена, причем каталитический сайт расположен между двумя доменами.[1] Связывание субстрата может влиять на относительное положение C- и N-концевых доменов. Предполагается, что C-концевой домен LC-FACS находится в открытой конформации, когда субстрат отсутствует, и в закрытой конформации, когда субстрат связан.[1] Доступность активного центра для растворителя снижается, когда C- и N-концевые домены сближаются.[5]

Взаимосвязь структура-функция между LC-FACS и образованием и процессингом промежуточного ацил-AMP все еще оставалась неясной. Димер с замененным доменом формируется LC-FACS с мономер взаимодействуют на N-концевых доменах.[6] Большая электростатически положительная вогнутость расположена в задней части структуры в центральной долине гомодимера.[1] Asp15 образует межмолекулярный солевой мостик с Arg176 в димерных взаимодействиях. Между основной цепью образуется межмолекулярная водородная связь. карбонил группа Glu16 и боковая цепь Arg199. На границе раздела Glu175 образует межмолекулярный солевой мостик с Arg199.[5][7][8][9] L-мотив, пептидный линкер из шести аминокислот, соединяет большой N-концевой домен и малый C-концевой домен каждого мономера LC-FACS.[1] N-концевой домен состоит из двух субдоменов: искаженный антипараллельный β-ствол и два β-листа, окруженные α-спиралями, образующими сэндвич αβαβα.[1] Небольшой С-концевой глобулярный домен состоит из двухцепочечного β-слоя и трехцепочечного антипараллельного β-слоя, фланкированного тремя α-спиралями.[1]

Димерное взаимодействие

Рисунок 4. Димеризация LC-FACS.

Димеризация LC-FACS стабилизируется через соляной мост между Asp15 последовательности A и Arg176 последовательности B. Фиг. 4 показывает этот солевой мостик между этими двумя аминокислотами. Желтая линия между Asp15 и Arg176 показывает наличие солевого мостика.

Связывание АТФ с С-концевым доменом

Конформации C-конечного домена структур LC-FACS зависят от присутствия лиганд.[1] AMP-PNP, негидролизуемый аналог АТФ, связанный с LC-FACS, дает замкнутую конформацию с прямым взаимодействием C- и N-концевых доменов.[1] В кристаллических структурах AMP-PNP связан в щели каждого мономера на границе раздела между N- и C-концевыми доменами.[1] Закрытая конформация С-концевого домена сохраняется с помощью миристроил-АМФ.[1] Три остатка в C-концевом домене, Glu443, Glu475 и Lys527, нековалентно взаимодействуют с остатками L-мотива и N-концевым доменом для стабилизации закрытой конформации.[1] Есть два типа открытых конформаций в С-концевых доменах несложной структуры. C- и N-концевые домены не взаимодействуют напрямую для обоих мономеров димера.[1] Обширная сеть водородных связей используется фрагментом АМФ связанной молекулы АТФ для удержания вместе C- и N-концевых доменов.[1]

Рисунок 5. Активный сайт длинноцепочечной жирной ацил-КоА синтетазы с длинноцепочечной жирной кислотой. Trp444, Lys435 и Lys439 являются важными остатками

Туннель связывания жирных кислот

Более объемные длинноцепочечные жирные кислоты связаны туннелем связывания жирных кислот, который расположен на N-конце домен каждого мономер.[1] Большой β-лист и α-спираль Кластеры окружают туннель, который простирается от вогнутой полости в центральной долине до места связывания АТФ.[1] Есть два различных пути в большом центральном пути туннеля в сложной структуре, которая включает «путь АТФ» и «центральный путь», разделенные индольным кольцом Trp234 в мотиве G.[1] Есть еще одна ветвь центрального пути, известная как «мертвая ветвь». Индольное кольцо Trp234 закрывает туннель связывания жирных кислот в несложной структуре.[1] Он открывается, как только AMP-PNP связывается посредством образования водородной связи между β-фосфатом и азотом в кольце Trp234.[1] В течение этого времени закрытая конформация принимается доменом мобильного C-терминала. Имеется сдвиг гибкой петли мотива G в закрытых структурах LC-FACS, что приводит к более широкой тупиковой ветви по сравнению с несложными формами.[1]

Сайт связывания ATP подключен к пути ATP, который является гидрофобный канал в туннеле связывания жирных кислот.[1] Жирная кислота входит через центральный путь, идущий от границы раздела димера вдоль β-цепи 13 до пути АТФ.[1] Связь между двумя путями блокируется индольным кольцом Trp234 в отсутствие АТФ. Молекулы воды заполняют центральный путь в комплексных структурах AMP-PNP и миристоил-AMP и через вход центрального пути они соединяются с областями основного растворителя. Основные остатки от каждого мономера, Lys219, Arg296, Arg297, Arg321, Lys350 и Lys 354, заставляют вход в центральный путь генерировать положительный электростатический потенциал.[1] Тупиковая ветвь содержит остатки 235-243 и простирается от туннеля связывания жирных кислот до α-спирали h.[1] Нижняя часть тупиковой ветви состоит из гидрофильной среды из молекул воды и полярных боковых цепей.[1]

Домены

Рисунок 6.
Рисунок 7.

Домены, обнаруженные в длинноцепочечной жирной ацил-КоА-синтетазе, показаны как в виде ферментов (рисунок 6), так и в виде последовательности (рисунок 7). LC-FACS имеет пять доменов. После поиска 1v26 в Entrez было показано расположение 5 доменов, которые использовались для создания рисунков 6 и 7. Цвета лент на рисунке 6 соответствуют цветам на рисунке 7.

Ингибирование длинноцепочечных жирных ацил-КоА

Долгосрочное и краткосрочное регулирование контролирует синтез жирных кислот.[4] Долгосрочная регуляция синтеза жирных кислот зависит от скорости синтеза ацетил-КоА-карбоксилазы (АСС), ограничивающего скорость фермента и первого фермента синтеза жирных кислот, а также синтазы жирных кислот (FAS), второго и основного фермента синтез жирных кислот.[4][10][11][12] Клеточный жирный ацил-КоА участвует в краткосрочной регуляции, но пока нет полного понимания механизмов.[13]

Свободные жирные кислоты подавляют синтез жирных кислот de novo и, по-видимому, зависят от образования длинноцепочечных жирных ацил-КоА.[14] Исследования показали, что длинноцепочечные жирные ацил-КоА ингибируют ACC и FAS посредством ингибирования с обратной связью.[15][16][17][18] Ингибирующее действие длинноцепочечных жирных ацил-КоА на синтез жирных кислот может быть результатом его регуляции липогенных ферментов по принципу обратной связи посредством подавления транскрипции генов.[19]

Длинноцепочечная лигаза жирных кислот-КоА в клетках каталитически синтезирует длинноцепочечные жирные ацил-КоА. КоА-лигаза жирных кислот с длинной цепью может играть важную роль в подавлении синтеза жирных кислот, и сообщалось, что она играет роль в ингибировании синтеза жирных кислот.[20] Недавно было обнаружено, что витамин D3 активирует FACL3, который образует синтез длинноцепочечных жирных кислот за счет использования миристиновая кислота, эйкозапентаеновая кислота (EPA) и арахидоновая кислота в качестве субстратов по уровням экспрессии и активности.[21] FACL3 способствует выработке витамина D3 эффект ингибирования роста клеток LNCaP рака простаты человека.[21] В текущем исследовании сообщается, что подавление экспрессии FAS с помощью длинноцепочечных жирных ацил-КоА по обратной связи вызывает подавление мРНК FAS витамином D3.[4][22]

Клиническое значение

Адренолейкодистрофия (АЛД), представляет собой накопление длинноцепочечных жирных кислот в коре головного мозга и надпочечников из-за пониженной активности длинноцепочечной ацилкоа синтетазы.[23] В окисление длинноцепочечных жирных кислот обычно встречается в пероксисоме, где находится длинноцепочечная жирная ацилкоа синтетаза. Длинноцепочечные жирные кислоты попадают в пероксисому через белок-переносчик ALDP, который создает ворота в мембране пероксисома. При ALD ген этого транспортера пероксимальной мембраны, ALDP, является дефектным, что препятствует проникновению длинноцепочечных жирных кислот в пероксисому.[24]

Примеры

Гены человека, кодирующие ферменты длинноцепочечной жирной кислоты-КоА-лигазы (также известные как длинноцепочечная ацил-КоА-синтетаза, или ACSL), включают:

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты v ш Икс у z аа ab ac PDB: 1V26​; Хисанага Ю., Аго Х., Накагава Н., Хамада К., Ида К., Ямамото М., Хори Т., Ари Ю., Сугахара М., Курамицу С., Йокояма С., Мияно М. (июль 2004 г.). «Структурные основы субстрат-специфического двухстадийного катализа димера длинноцепочечной жирной ацил-КоА синтетазы». J. Biol. Chem. 279 (30): 31717–26. Дои:10.1074 / jbc.M400100200. PMID  15145952.
  2. ^ Супен Э., Кайперс Ф.А. (май 2008 г.). «Длинноцепочечные ацил-КоА синтетазы млекопитающих». Exp. Биол. Med. (Мэйвуд). 233 (5): 507–21. Дои:10.3181 / 0710-MR-287. ЧВК  3377585. PMID  18375835.
  3. ^ Bækdal T, Schjerling CK, Hansen JK, Knudsen J (1997). «Анализ длинноцепочечных эфиров ацил-кофермента А». В Christie W (ред.). Достижения в липидной методологии (3-е изд.). Эр, Шотландия: Oily Press. С. 109–131. ISBN  978-0-9514171-7-1.
  4. ^ а б c d Цяо С., Туохимаа П. (ноябрь 2004 г.). «Витамин D3 подавляет экспрессию синтазы жирных кислот, стимулируя экспрессию длинноцепочечной жирной кислоты-CoA лигазы 3 в клетках рака простаты». FEBS Lett. 577 (3): 451–4. Дои:10.1016 / j.febslet.2004.10.044. PMID  15556626. S2CID  25190904.
  5. ^ а б Conti E, Stachelhaus T, Marahiel MA, Brick P (июль 1997 г.). «Структурная основа активации фенилаланина в нерибосомном биосинтезе грамицидина S». EMBO J. 16 (14): 4174–83. Дои:10.1093 / emboj / 16.14.4174. ЧВК  1170043. PMID  9250661.
  6. ^ Лю Ю., Айзенберг Д. (июнь 2002 г.). «Обмен доменами в 3D: поскольку домены продолжают обмениваться местами». Белковая наука. 11 (6): 1285–99. Дои:10.1110 / пс. 0201402. ЧВК  2373619. PMID  12021428.
  7. ^ Конти Э., Франкс Н.П., Брик П. (март 1996 г.). «Кристаллическая структура люциферазы светлячков проливает свет на суперсемейство аденилат-образующих ферментов». Структура. 4 (3): 287–98. Дои:10.1016 / S0969-2126 (96) 00033-0. PMID  8805533.
  8. ^ May JJ, Kessler N, Marahiel MA, Stubbs MT (сентябрь 2002 г.). «Кристаллическая структура DhbE, архетип для активирующих ариловую кислоту доменов модульных нерибосомных пептидных синтетаз». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 99 (19): 12120–5. Дои:10.1073 / pnas.182156699. ЧВК  129408. PMID  12221282.
  9. ^ Гулик А.М., Старый В.Дж., Хорсвилл А.Р., Хомик К.М., Эскаланте-Семерена Дж.С. (март 2003 г.). «Кристаллическая структура 1,75 А ацетил-КоА синтетазы, связанная с аденозин-5'-пропилфосфатом и коферментом А». Биохимия. 42 (10): 2866–73. Дои:10.1021 / bi0271603. PMID  12627952.
  10. ^ Бертон Д. Н., Коллинз Дж. М., Кеннан А. Л., Портер Дж. В. (август 1969 г.). «Влияние пищевых и гормональных факторов на уровень синтетазы жирных кислот в печени крысы». J. Biol. Chem. 244 (16): 4510–6. PMID  5806590.
  11. ^ Craig MC, Dugan RE, Muesing RA, Slakey LL, Porter JW (июль 1972 г.). «Сравнительные эффекты диетических режимов на уровни ферментов, регулирующих синтез жирных кислот и холестерина в печени крыс». Arch. Biochem. Биофизы. 151 (1): 128–36. Дои:10.1016 / 0003-9861 (72) 90481-X. PMID  5044513.
  12. ^ Majerus PW, Kilburn E (ноябрь 1969). «Ацетилкофермент карбоксилаза. Роли синтеза и деградации в регуляции уровней ферментов в печени крысы». J. Biol. Chem. 244 (22): 6254–62. PMID  4981792.
  13. ^ Goodridge AG (июнь 1973 г.). «Регулирование синтеза жирных кислот в изолированных гепатоцитах. Доказательства физиологической роли длинноцепочечного ацилкофермента А и цитрата». J. Biol. Chem. 248 (12): 4318–26. PMID  4145797.
  14. ^ Макги Р., Спектор А.А. (июль 1975 г.). «Биосинтез жирных кислот в клетках Эрлиха. Механизм краткосрочного контроля экзогенными свободными жирными кислотами». J. Biol. Chem. 250 (14): 5419–25. PMID  237919.
  15. ^ Guynn RW, Veloso D, Veech RL (ноябрь 1972 г.). «Концентрация малонил-кофермента А и контроль синтеза жирных кислот in vivo». J. Biol. Chem. 247 (22): 7325–31. PMID  4638549.
  16. ^ Нума С., Рингельманн Э., Линен Ф. (декабрь 1965 г.). «[Об ингибировании ацетил-КоА-карбоксилазы соединениями жирной кислоты-кофермента А]». Биохим З (на немецком). 343 (3): 243–57. PMID  5875764.
  17. ^ Goodridge AG (ноябрь 1972 г.). «Регулирование активности ацетил-кофермента карбоксилазы пальмитоил-коферментом А и цитратом». J. Biol. Chem. 247 (21): 6946–52. PMID  5082134.
  18. ^ Sumper M, Träuble H (февраль 1973 г.). «Мембраны как акцепторы пальмитоил-КоА в биосинтезе жирных кислот» (PDF). FEBS Lett. 30 (1): 29–34. Дои:10.1016 / 0014-5793 (73) 80612-X. PMID  11947055. S2CID  8678424.
  19. ^ Фаэргеман Н. Дж., Кнудсен Дж. (Апрель 1997 г.). «Роль длинноцепочечных сложных эфиров ацил-КоА с длинной цепью в регуляции метаболизма и клеточной сигнализации». Biochem. J. 323 (1): 1–12. Дои:10.1042 / bj3230001. ЧВК  1218279. PMID  9173866.
  20. ^ Fox SR, Hill LM, Rawsthorne S, Hills MJ (декабрь 2000 г.). «Ингибирование переносчика глюкозо-6-фосфата в пластидах масличного рапса (Brassica napus L.) тиоэфирами ацил-КоА снижает синтез жирных кислот». Biochem. J. 352 (2): 525–32. Дои:10.1042/0264-6021:3520525. ЧВК  1221485. PMID  11085947.
  21. ^ а б Цяо С., Туохимаа П. (июнь 2004 г.). «Роль длинноцепочечной жирной кислоты-CoA-лигазы 3 в витамине D3 и андрогенном контроле роста клеток LNCaP рака простаты». Biochem. Биофиз. Res. Сообщество. 319 (2): 358–68. Дои:10.1016 / j.bbrc.2004.05.014. PMID  15178414.
  22. ^ Цяо С., Пеннанен П., Назарова Н., Лу Ю. Р., Туохимаа П. (май 2003 г.). «Ингибирование экспрессии синтазы жирных кислот 1альфа, 25-дигидроксивитамином D3 в клетках рака простаты». J. Steroid Biochem. Мол. Биол. 85 (1): 1–8. Дои:10.1016 / S0960-0760 (03) 00142-0. PMID  12798352. S2CID  54296796.
  23. ^ «Информационная страница адренолейкодистрофии». Национальный институт неврологических расстройств и инсульта (NINDS). 2009-03-18. Архивировано из оригинал на 2006-05-10. Получено 2010-01-16.
  24. ^ Кемп С., Уоткинс П. (3 марта 2009 г.). «жирные кислоты с очень длинной цепью и X-ALD». База данных X-сцепленной адренолейкодистрофии. Архивировано из оригинал 21 декабря 2009 г.. Получено 2010-01-16.

внешняя ссылка