2,4-диеноил-КоА-редуктаза, также известная как DECR1, представляет собой фермент, который у человека кодируется геном DECR1 , который находится на хромосоме 8 . Этот фермент катализирует следующие реакции [2] [3] [4]
2,4-диеноил-КоА редуктаза 1, митохондриальная | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||
Символ | DECR1 | |||||
Альт. символы | ОВЦС | |||||
Ген NCBI | 1666 г. | |||||
HGNC | 2753 | |||||
OMIM | 222745 | |||||
PDB | 1w6u | |||||
RefSeq | NM_001359 | |||||
UniProt | Q16698 | |||||
Прочие данные | ||||||
Номер ЕС | 1.3.1.34 | |||||
Locus | Chr. 8 q21,3 | |||||
|
DECR1 участвует в бета-окислении и метаболизме сложных эфиров полиненасыщенных жирных еноил-КоА. В частности, он катализирует восстановление тиоэфиров 2,4-диеноил-КоА различной длины кофактором НАДФН до 3-транс-еноил-КоА эквивалентной длины. В отличие от расщепления насыщенных жиров, расщепление цис- и транс- полиненасыщенных жирных кислот требует трех дополнительных ферментов для создания продукта, совместимого со стандартным путем бета-окисления. DECR является вторым таким ферментом (другими являются еноил-КоА-изомераза и диеноил-КоА-изомераза ) и является этапом, ограничивающим скорость в этом вспомогательном потоке. DECR способен восстанавливать как 2-транс, 4-цис-диеноил-КоА, так и 2-транс, 4-транс-диеноил-КоА тиоэфиры [5] с одинаковой эффективностью. [ необходима цитата ] В настоящее время нет четкого объяснения отсутствия стереоспецифичности.
Состав
Эукариотическая DECR существует как в митохондриях (mDECR), так и в пероксисоме (pDECR, кодируется геном DECR2 ). Ферменты из каждой органеллы гомологичны и являются частью суперсемейства короткоцепочечных дегидрогеназ / редуктаз SDR. mDECR составляет 124 кДа и состоит из 335 аминокислот до посттрансляционной модификации . [3] Вторичная структура разделяет многие мотивы SDR, включая укладку Россмана для прочного связывания NADPH. Белок существует как гомотетрамер в физиологической среде, но было показано, что он также образует мономеры и димеры в растворе. [6]
Кристаллизация mDECR [1] показывает, что фермент обеспечивает сеть водородных связей от ключевых остатков в активном центре до НАДФН и 2,4-диеноил-КоА, который позиционирует гидрид на 3,4 Å по отношению к Cδ, по сравнению с 4,0 Å по отношению к Cβ (не показан). Обсуждаемый ранее енолятный промежуточный продукт стабилизирован остатками дополнительных водородных связей с Tyr166 и Asn148. Считается, что Lys214 и Ser210 (консервативные остатки во всех ферментах SDR) увеличивают pKa Tyr166 и стабилизируют переходное состояние. [1] Кроме того, на одном конце активного центра есть гибкая петля, которая обеспечивает достаточно места для длинных углеродных цепей. Это, вероятно, дает ферменту гибкость для обработки цепей жирных кислот различной длины. Считается, что длина субстрата для катализа mDECR ограничена 20 атомами углерода, при которых эта очень длинноцепочечная жирная кислота сначала частично окисляется pDECR в пероксисоме. [7]
Ферментный механизм
Эукариотический DECR
Восстановление тиоэфира 2,4-диеноил-КоА под действием НАДФН до 3-еноил-КоА происходит по двухступенчатому последовательному механизму через промежуточный енолят. [8] DECR связывает НАДФН и тиоэфир жирных кислот и позиционирует их для специфического переноса гидрида в Cδ углеводородной цепи. Электроны из двойной связи Cγ-Cδ перемещаются в положение Cβ-Cγ, а электроны из Cα-Cβ образуют енолят. На заключительном этапе протон отводится из воды [9] в Cα, и тиоэфир подвергается риформингу, в результате чего образуется одинарная двойная транс-связь Cβ-Cγ. Поскольку последний протон поступает из воды, pH оказывает значительное влияние на скорость катализа, при этом фермент демонстрирует максимальную активность при ~ 6,0. Снижение активности при pH <6,0 можно объяснить депротонированием титруемых остатков, которые влияют на укладку белка или связывание субстрата. Мутантные белки с модификациями ключевых кислотных аминокислот (E154, E227, E276, D300, D117) показывают увеличение K m и / или уменьшение V max на порядок величины . [6]
Прокариотический DECR
2,4-диеноил-КоА-редуктаза из Escherichia coli имеет кинетические свойства, очень похожие на свойства эукариот, но значительно отличается как по структуре, так и по механизму. В дополнение к NADPH, E. Coli DECR требует набора FAD , FMN и кластерных молекул железо-сера для завершения переноса электрона. [10] Еще одним отличием является то, что DECR E. Coli продуцирует конечный 2-транс-еноил-КоА без необходимости в еноил-КоА-изомеразе. [9] Активный сайт содержит точно расположенный Tyr166, который отдает протон Cγ после гидридной атаки на Cδ, завершая восстановление за один согласованный шаг. [11] Неожиданно мутация Tyr166 не устраняет активность фермента, а вместо этого меняет продукт на 3-транс-еноил-КоА. Текущее объяснение состоит в том, что Glu164, кислотный остаток в активном центре, действует как донор протонов для Cα, когда Tyr166 отсутствует. [12]
Функция
DECR - один из трех вспомогательных ферментов, участвующих в лимитирующей стадии окисления ненасыщенных жирных кислот в митохондриях. В частности, этот фермент способствует разрыву двойных связей во всех положениях с четными номерами и некоторых двойных связей в положениях с нечетными номерами. [6] Структура тройного комплекса pDCR (пероксисомальные 2,4-диеноил-КоА-редуктазы) с НАДФ и его субстратом обеспечивает существенное и уникальное понимание механизма катализа . [13] В отличие от других членов , принадлежащих к семейству SDR, катализ PDCR не влечет за собой тирозин - серин пару. [6] Вместо этого каталитически критический аспартат вместе с инвариантным лизином поляризует молекулу воды, отдавая протон для образования продукта. [7] Хотя pDCR может использовать 2,4-гексадиеноил-КоА в качестве субстрата, сродство к короткоцепочечным жирным кислотам ниже. Анализ шарнирного движения DCR из митохондрии и пероксисом проливает свет на причину уникальной способности пероксисомы сокращать жирные кислоты с очень длинной цепью . [14]
Клиническое значение
Мутации в DECR1 гена может привести к 2,4 Dienoyl-CoA - редуктазы недостаточности , [15] редкое , но смертельное расстройство.
Благодаря своей роли в окислении жирных кислот, DECR может служить терапевтической мишенью для лечения инсулиннезависимого сахарного диабета ( NIDDM ), который характеризуется гипергликемией из-за повышенного окисления жирных кислот. [6]
В исследованиях на мышах с нокаутом DECR1 - / - субъекты накапливают значительные концентрации моно- и полиненасыщенных жирных кислот в печени во время голодания (таких как олеиновая кислота , пальмитолеиновая кислота , линолевая кислота и линоленовая кислота ). Также было обнаружено, что мутанты плохо переносят холод, снижают дневную активность и в целом снижают адаптацию к метаболическим стрессорам . [16]
Смотрите также
- Бета-окисление
- 2,4-диеноил-КоА редуктаза 1
Рекомендации
- ^ a b c d PDB : 1w6u ; Алфей М.С., Ю В., Байрс Э., Ли Д., Хантер В. Н. (январь 2005 г.). «Структура и реакционная способность митохондриальной 2,4-диеноил-КоА редуктазы человека: взаимодействия фермент-лиганд в отличительном активном центре короткоцепочечной редуктазы» . J. Biol. Chem . 280 (4): 3068–77. DOI : 10.1074 / jbc.M411069200 . PMID 15531764 .
- ^ «Ген Entrez: 2,4-диеноил-КоА редуктаза 1, митохондриальная» .
- ^ а б Койвуранта К.Т., Хаккола Э.Х., Хилтунен Дж.К. (декабрь 1994 г.). «Выделение и характеристика кДНК для митохондриальной 2,4-диеноил-кофермента А редуктазы человека 120 кДа» . Биохим. Дж . 304 (3): 787–92. DOI : 10.1042 / bj3040787 . PMC 1137403 . PMID 7818482 .
- ^ Helander HM, Koivuranta KT, Horelli-Kuitunen N, Palvimo JJ, Palotie A, Hiltunen JK (ноябрь 1997 г.). «Молекулярное клонирование и характеристика человеческого митохондриального гена 2,4-диеноил-КоА редуктазы (DECR)». Геномика . 46 (1): 112–9. DOI : 10.1006 / geno.1997.5004 . PMID 9403065 .
- ^ Cuebas D, Schulz H (декабрь 1982 г.). «Доказательства модифицированного пути деградации линолеата. Метаболизм 2,4-декадиеноил-кофермента А» . J. Biol. Chem . 257 (23): 14140–4. PMID 7142199 .
- ^ а б в г д Ю В, Чу Х, Чен Г, Ли Д (февраль 2005 г.). «Исследования митохондриальной 2,4-диеноил-КоА редуктазы человека». Arch. Биохим. Биофиз . 434 (1): 195–200. DOI : 10.1016 / j.abb.2004.10.018 . PMID 15629123 .
- ^ а б Хуа Т., Ву Д., Дин В., Ван Дж., Шоу Н., Лю З. Дж. (Август 2012 г.). «Исследования 2,4-диеноил-КоА-редуктазы человека пролили новый свет на пероксисомное β-окисление ненасыщенных жирных кислот» . J. Biol. Chem . 287 (34): 28956–65. DOI : 10.1074 / jbc.M112.385351 . PMC 3436514 . PMID 22745130 .
- ^ Филлгроув К.Л., Андерсон В.Э. (октябрь 2001 г.). «Механизм восстановления диеноил-КоА 2,4-диеноил-КоА редуктазой является ступенчатым: наблюдение за промежуточным диенолятом». Биохимия . 40 (41): 12412–21. DOI : 10.1021 / bi0111606 . PMID 11591162 .
- ^ а б Мидзугаки М., Кимура С., Нисимаки Т., Кавагути А., Окуда С., Яманака Х. (август 1983 г.). «Исследования метаболизма ненасыщенных жирных кислот. XII. Реакция, катализируемая 2,4-диеноил-КоА редуктазой Escherichia coli». J. Biochem . 94 (2): 409–13. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a134370 . PMID 6355075 .
- ^ Лян X, Торп С., Шульц Х (август 2000 г.). «2,4-Диеноил-КоА-редуктаза из Escherichia coli представляет собой новый флавопротеин железо-сера, который участвует в бета-окислении жирных кислот». Arch. Биохим. Биофиз . 380 (2): 373–9. DOI : 10,1006 / abbi.2000.1941 . PMID 10933894 .
- ^ Хаббард П.А., Лян X, Шульц Х., Ким Дж.Дж. (сентябрь 2003 г.). «Кристаллическая структура и механизм реакции 2,4-диеноил-КоА редуктазы Escherichia coli» . J. Biol. Chem . 278 (39): 37553–60. DOI : 10.1074 / jbc.M304642200 . PMID 12840019 .
- ^ Ту Х, Хаббард ПА, Ким Дж. Дж., Шульц Х (январь 2008 г.). «Два разных донора протонов в активном центре 2,4-диеноил-КоА редуктазы Escherichia coli ответственны за образование различных продуктов». Биохимия . 47 (4): 1167–75. DOI : 10.1021 / bi701235t . PMID 18171025 .
- ^ Ylianttila, MS; Pursiainen, NV; Хаапалайнен, AM; Juffer, AH; Пуарье, Y; Хилтунен, JK; Глумофф, Т. (19 мая 2006 г.). «Кристаллическая структура дрожжевого пероксисомального многофункционального фермента: структурная основа субстратной специфичности (3R) -гидроксиацил-КоА дегидрогеназных единиц». Журнал молекулярной биологии . 358 (5): 1286–95. DOI : 10.1016 / j.jmb.2006.03.001 . PMID 16574148 .
- ^ Эмекли, У; Шнейдман-Духовны, Д; Вольфсон, HJ; Нусинов, Р; Халилоглу, Т. (март 2008 г.). «HingeProt: автоматизированное предсказание петель в белковых структурах». Белки . 70 (4): 1219–27. DOI : 10.1002 / prot.21613 . PMID 17847101 . S2CID 26975077 .
- ^ Роу CR, Миллингтон Д.С., Норвуд Д.Л., Кодо Н., Спречер Х., Мохаммед Б.С., Нада М., Шульц Х., Макви Р. (май 1990 г.). «Дефицит 2,4-диеноил-коэнзим А-редуктазы: возможное новое нарушение окисления жирных кислот» . J. Clin. Инвестируйте . 85 (5): 1703–7. DOI : 10.1172 / JCI114624 . PMC 296625 . PMID 2332510 .
- ^ Miinalainen IJ, Schmitz W., Huotari A, et al. (Июль 2009 г.). «Дефицит митохондриальной 2,4-диеноил-КоА-редуктазы у мышей приводит к тяжелой гипогликемии с непереносимостью стресса и нормальным кетогенезом» . PLOS Genet . 5 (7): e1000543. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1000543 . PMC 2697383 . PMID 19578400 .
Внешние ссылки
- 2,4-диеноил-КоА + редуктаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)