Akonitáza

Akonitáza , také akonitát hydratáza (EC 4.2.1.3 ) je enzym ze třídy lyáz , který katalyzuje stereospecifickou reakci izomerace citrátu na isocitrát prostřednictvím tvorby cis-akonitátu v Krebsově cyklu , bez redoxního mechanismu [2] [3] [4] .

Akonitáza se vyskytuje u všech eukaryot a bakterií v cytosolu . Mnohobuněčné organismy mají další mitochondriální formu (nazývanou akonitáza-2).

U lidí je akonitáza-1 kódována genem ACO1 , který se nachází na krátkém rameni (p-raménku) 9. chromozomu . Gen akonitázy-2 ACO2 je lokalizován na dlouhém rameni (q-rameno) 22. chromozomu .

Struktura

Akonitáza se skládá ze čtyř domén, z nichž tři spolu úzce souvisí. Čtvrtá doména se třemi dalšími tvoří kapsu, ve které dochází ke katalýze. Katalytická aktivita enzymu závisí na specifické konformaci, za kterou je zodpovědný shluk železa a síry [4Fe-4S] a několik aminokyselinových zbytků, které umožňují stereospecifickou reakci přenosu molekuly vody z achirálního citrátu výhradně na isocitrát . .

Mitochondriální akonitáza obsahuje cysteinové zbytky na pozicích -385, -458 a -451, stejně jako shluk železa a síry [4Fe-4S], který je kritický pro její katalytickou aktivitu. V neaktivním stavu shluku chybí čtvrtý atom železa, který je slabě vázaný a má zpočátku koordinační číslo 4 (tetraedrická struktura): tři atomy síry a jeden hydroxidový (vodný) iont jako vazebný partner (viz obrázek). V katalytické fázi se koordinační číslo atomu železa zvýší na 6 (oktaedrická struktura) a poté se přidá další izocitrát a další molekula vody [5] .

Provedené funkce

Na rozdíl od většiny proteinů železo-síra, které fungují jako nosiče elektronů, shluk akonitázy železo-síra interaguje přímo s enzymovým substrátem. Akonitáza má aktivní klastr [Fe 4 S 4 ] 2+ , který lze převést na neaktivní formu [Fe 3 S 4 ] + . Ukázalo se, že tři cysteinové zbytky (Cys) jsou ligandy pro centrum [ Fe4S4 ] . V aktivním stavu je labilní iont železa klastru [Fe 4 S 4 ] koordinován nikoli Cys, ale molekulami vody.

Shluk železa a síry je velmi citlivý na působení superoxidového iontu a snadno se jím oxiduje.

Mechanismus katalýzy

Akonitáza využívá mechanismus hydratace-dehydratace [6] . Katalytické zbytky jsou His-101 a Ser-642 [6] . Zbytek His-101 protonuje hydroxylovou skupinu na atomu C3 citrátu, tento proces umožňuje molekule vody odejít a Ser-642 současně napadá proton na C2, čímž vzniká dvojná vazba mezi C2 a C3, což vede k tvorbě cis-akonitátového meziproduktu. V tomto okamžiku se výsledný meziprodukt otočí o 180° a dojde k tzv. „ překlopnému přechodu “ [6] [7] [8] .

Jak přesně k překlopení dojde, je diskutabilní. Jednou z teorií je, že v kroku mechanismu omezujícím rychlost se cis-akonitát uvolní z enzymu a poté se znovu naváže jako isocitrát, aby se reakce dokončila. Další hypotézou je, že cis-akonitát zůstává navázaný na enzym, když se molekula citrátu překlopí na formu isocitrátu [8] [9] [6] .

V každém případě otočení cis-akonitátu o 180° umožňuje, aby fáze dehydratace a hydratace byly prováděny na opačných stranách meziproduktu. Akonitáza katalyzuje trans-eliminaci/hydrataci a flip přechod zaručuje správnou stereochemickou strukturu meziproduktu. K dokončení reakce mění serinové a histidinové zbytky své původní katalytické funkce: histidin jako báze odštěpuje proton z vody, čímž se stává nukleofilem , který napadá atom C2, a protonovaný serin je deprotonován dvojitým cis-akonitem. hydratační reakce se vznikem molekuly isocitrátu [6] .

Inhibice katalýzy

Molekuly kyseliny fluoroctové nebo fluoroacetátu jsou začleněny do Krebsova cyklu, metabolizovány na fluorocitrát, který má silný inhibiční účinek na akonitázu, čímž blokuje Krebsův cyklus.

Poznámky

1. ↑ PNR 1ACO ; Lauble, H; Kennedy, MC; Beinert, H; Stout, CD Crystal Structures of Aconitase with Trans-aconitate and Nitrocitrate vázané  //  Journal of Molecular Biology : deník. - 1994. - Sv. 237 , č.p. 4 . - str. 437-451 . - doi : 10.1006/jmbi.1994.1246 . — PMID 8151704 .
2. ↑ Beinert H., Kennedy MC Aconitase, dvouvrstvý protein: enzym a regulační faktor železa  //  The FASEB Journal : deník. — Federace amerických společností pro experimentální biologii, 1993. — Prosinec ( roč. 7 , č. 15 ). - S. 1442-1449 . — PMID 8262329 .
3. ↑ Flint, Dennis H.; Allen, Ronda M. Iron-Sulphur Proteins with Nonredox Functions  //  Chemical Reviews : deník. - 1996. - Sv. 96 , č. 7 . - str. 2315-2334 . - doi : 10.1021/cr950041r .
4. ↑ Beinert H., Kennedy MC, Stout CD Aconitase as Ironminus sign Sulphur Protein, Enzyme, and Iron-Regulatory Protein   // Chemické recenze : deník. - 1996. - Listopad ( roč. 96 , č. 7 ). - str. 2335-2374 . doi : 10.1021 / cr950040z . — PMID 11848830 .
5. ↑ Robbins AH, Stout CD Struktura aktivované akonitázy: tvorba shluku [4Fe-4S] v krystalu  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal  . - 1989. - Květen ( roč. 86 , č. 10 ). - str. 3639-3643 . — PMID 2726740 .
6. ↑ 1 2 3 4 5 Takusagawa F. Kapitola 16: Cyklus kyseliny citronové . Takusagawova poznámka . Univerzita v Kansasu. Datum přístupu: 10. července 2011. Archivováno z originálu 24. března 2012. (neurčitý)
7. ↑ Beinert H., Kennedy MC, Stout CD Aconitase as Ironminus sign Sulphur Protein, Enzyme, and Iron-Regulatory Protein   // Chemické recenze : deník. - 1996. - Listopad ( roč. 96 , č. 7 ). - str. 2335-2374 . doi : 10.1021 / cr950040z . — PMID 11848830 . Archivováno z originálu 11. srpna 2011.
8. ↑ 1 2 Lauble H., Stout CD Sterické a konformační rysy mechanismu akonitázy  //  Proteiny : časopis. - 1995. - Květen ( roč. 22 , č. 1 ). - str. 1-11 . - doi : 10.1002/prot.340220102 . — PMID 7675781 .
9. ↑ Rodina akonitáz . Protetické skupiny a kovové ionty v databázi aktivních míst proteinů verze 2.0 . University of Leeds (2. února 1999). Získáno 10. července 2011. Archivováno z originálu 8. června 2011. (neurčitý)

Slovníky a encyklopedie	Britannica (online)