Karnitin O-acetyltransferáza , též Karnitin acetyltransferáza , zkr. CAT ( Carnitine O-acetyltransferase , zkr. CRAT ) [ 1] ( EC 2.3.1.7 Archived 14. prosince 2016 on the Wayback Machine ) je enzym ze skupiny acyltransferáz , který katalyzuje přenos acetylové skupiny (CH 3 -CO ) z molekuly acetylu -CoA na molekulu substrátu - karnitin a naopak, když je substrátem již koenzym A , podle rovnice:
acetyl-CoA + karnitin CoA-SH + O-acetylkarnitin [2] .
Produkty reakce jsou acetylkarnitin a koenzym A (CoA-SH).
Gen kódující tento enzym CRAT Archived 10. září 2016 na Wayback Machine je lokalizován na 9. chromozomu .
Předpokládá se, že různé subcelulární lokalizace CRAT mRNA jsou výsledkem alternativního sestřihu genu kódujícího tento enzym. Alternativní sestřih vede ke vzniku tří izoforem, z nichž jedna obsahuje N-terminální signál pro transport do mitochondrií a podle pozorování je tam lokalizována [3] .
Tento enzym patří do rodiny acyltransferáz , které katalyzují přenos acetylové skupiny z molekuly acetyl-CoA na molekulu substrátu, karnitin a naopak. Systematický název enzymu je karnitin-O-acetyltransferáza. Jiné názvy enzymu: Acetyl-CoA karnitin transferáza, karnitin acetyl-CoA transferáza, acetylkarnitin transferáza atd.
Karnitin acetyltransferáza má molekulovou hmotnost v rozmezí 70 kDa a obsahuje přibližně 600 aminokyselinových zbytků . CRAT se skládá ze dvou domén, domény N a domény C, sestávající z 20 a-helixů a 16 β-řetězců. N doména se skládá z osmiřetězcového β-listu ohraničeného 8 a-helixy. 6 smíšených β-řetězců a 11 α-helixů tvoří C-doménu.
Porovnáme-li strukturu jader (jádra) dvou domén enzymu, pak existuje výrazná podobnost ve skládání peptidové kostry, a to díky tomu, že pouze 4 % aminokyselin tvořících nahoru si tyto peptidové kostry navzájem odpovídají, tzn. mají stejnou sekvenci [1] .
Funkci katalytického centra CRAT plní histidinový zbytek His343 [ 4 ] . Nachází se na spojnici domén C a N, téměř ve středu CRAT. Postranní řetězec His343 je umístěn nerovnoměrně, atom dusíku δ 1 histidinového kruhu je spojen vodíkovou vazbou s karbonylovým kyslíkem kostry aminokyseliny [1] [5] [6] .
Protože CRAT váže CoA a ne acetyl-CoA, lze usoudit, že CRAT má schopnost hydrolyzovat acetyl-CoA před interakcí s volnou molekulou koenzymu A na vazebném místě. CoA se váže na aktivní místo v lineární konformaci, pantotenické rameno (koncová část molekuly). Koncová SH-thiolová skupina v tzv. pantotenovém rameni a atom dusíku ε 2 postranního řetězce katalytického centra His343 tvoří vodíkovou vazbu . K vazbě také dochází mezi 3'-fosfátovou skupinou na CoA a aminokyselinovými zbytky Lys419 a Lys423 . Navíc na vazebném místě tvoří zbytky Asp430 a Glu453 vodíkovou vazbu mezi sebou. Pokud je některý z aminokyselinových zbytků nahrazen v důsledku mutace , může to vést ke snížení aktivity CRAT [7] [8] .
Karnitin je enzymem vázán v částečně složené formě, jeho funkční skupiny (hydroxylové a karboxylové) směřují různými směry. Samotné vazebné místo se skládá z β-listu domény C a zejména z aminokyselinových zbytků domény N. Po navázání zůstává povrch karnitinu otevřený v prostoru mimo enzym. Stejně jako koenzym A tvoří karnitin vodíkovou vazbu s atomem dusíku ε2 na zbytku His343 . V případě karnitinu se vazba tvoří s 3 - hydroxylovou skupinou (3-OH). Katalýza tohoto enzymu je stereospecifická pro karnitin, protože stereoisomer 3-OH skupiny nemůže plně interagovat s karnitinovým vazebným místem CRAT. Samotný enzym podléhá menším konformačním změnám, když je navázán na karnitin [1] [9] [10] .
Aminokyselinový zbytek His343 aktivního centra enzymu je schopen katalyzovat reakci acetylace karnitinu deprotonací koncové (koncové) SH - thiolové skupiny koenzymu A nebo 3-OH - hydroxylové skupiny karnitinu, v závislosti na směru reakce. Struktura CRAT optimalizuje takové reakce vytvořením přímých vodíkových vazeb mezi zbytkem His343 a oběma substráty (koenzym A a karnitin). Poté může deprotonovaná skupina volně atakovat acetylovou skupinu CoA nebo COOH skupinu acetylkarnitinu. Reakce probíhá přímo, bez tvorby meziproduktu His343- acetyl (meziprodukt).
Hydrolýza
Je docela možné, že katalýza může probíhat pouze s jedním ze dvou substrátů. Pokud se jakákoliv molekula acetyl-CoA nebo acetylkarnitin naváže na CRAT, pak molekuly vody mohou obsadit jiná vazebná místa, stejně jako acetylovou skupinu (CH3- CO ) akceptoru.
Substrát-pomocná katalýza
Existují literární údaje, které naznačují, že -N + -(CH 3 ) 3 - trimethylamoniová skupina karnitinu může být rozhodujícím faktorem v katalýze CRAT. Trimethylamoniová skupina vykazuje kladný náboj, který stabilizuje oxyanion v reakci za získání meziproduktu (meziproduktové sloučeniny). Tuto myšlenku podporuje skutečnost, že kladný náboj karnitinu není nutný pro aktivní vazbu, ale je životně důležitý pro pokračování katalýzy. To bylo prokázáno při katalýze analogu karnitinu bez trimethylamoniové skupiny. Taková sloučenina byla schopna soutěžit s karnitinem a vázat se na CRAT, ale nedokázala vyvolat reakci [11] . Příchod katalýzy podporované substrátem otevírá nové strategie pro zvýšení specificity syntetického substrátu [12] .
Karnitinacetyltransferáza se podílí na metabolismu alaninu a aspartátu . Existují důkazy, že k provedení přechodu buněčného cyklu z G1 do S fáze je nutná aktivita CRAT [13] .
Ti, kteří zdědí nedostatek aktivity CRAT, mají zvýšené riziko rozvoje závažných srdečních a neurologických onemocnění [1] .
Snížení aktivity enzymů je zjištěno u jedinců trpících Alzheimerovou chorobou [1] .
CRAT a jeho rodina enzymů mají velký potenciál jako cíle pro vývoj terapeutické léčby diabetu 2. typu a dalších onemocnění [14] [15] [16] .
Je známo, že CRAT interaguje s proteiny NEDD8 , PEX5 a SUMO1 [3] .