Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сукцинат — КоА-лигаза (формирующая GDP)
2fp4.png
ГТФ-специфическая сукцинил-КоА синтетаза свиньи с ГТФ. PDB 2fp4 [1]
Идентификаторы
Номер ЕС6.2.1.4
Количество CAS9014-36-2
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Сукцинат - КоА-лигаза (АДФ-образующая)
2scu.png
Сукцинил-COA синтетаза из Escherichia coli . PDB 2scu [2]
Идентификаторы
Номер ЕС6.2.1.5
Количество CAS9080-33-5
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Сукцинил-кофермент А-синтетаза ( SCS , также известная как сукцинил-КоА-синтетаза или сукцинаттиокиназа или сукцинат-КоА-лигаза ) - это фермент, который катализирует обратимую реакцию сукцинил-КоА на сукцинат . [3] Фермент способствует сочетанию этой реакции с образованием молекулы нуклеозидтрифосфата ( GTP или ATP ) из молекулы неорганического фосфата и молекулы нуклеозиддифосфата ( GDP или ADP).). Он играет ключевую роль в качестве одного из катализаторов цикла лимонной кислоты , центрального пути клеточного метаболизма , и находится в митохондриальном матриксе клетки. [4]

Химическая реакция и механизм фермента [ править ]

Сукцинил-КоА-синтетаза катализирует следующую обратимую реакцию :

Сукцинил-КоА + Pi + NDP ↔ сукцинат + CoA + NTP

где Pi обозначает неорганический фосфат, NDP обозначает нуклеозиддифосфат (GDP или ADP), а NTP обозначает нуклеозидтрифосфат (GTP или ATP). Как уже упоминалось, фермент способствует сочетанию превращения сукцинил-КоА в сукцинат с образованием NTP из NDP и Pi. Изменение свободной энергии реакции по биохимическому стандарту составляет -3,4 кДж / моль. [4] Реакция происходит по трехступенчатому механизму [3], который изображен на изображении ниже. Первый этап включает замещение КоА из сукцинил-КоА нуклеофильной молекулой неорганического фосфата с образованием сукцинилфосфата. Затем фермент использует гистидин.остаток для удаления фосфатной группы из сукцинилфосфата и образования сукцината. Наконец, фосфорилированный гистидин передает фосфатную группу нуклеозиддифосфату, который генерирует высокоэнергетический нуклеозидтрифосфат.

Структура [ править ]

Подразделения [ править ]

SCS бактерий и млекопитающих состоят из субъединиц α и β . [5] В E. coli два гетеродимера αβ соединяются вместе, образуя гетеротетрамерную структуру α 2 β 2 . Однако митохондриальные SCS млекопитающих активны как димеры αβ и не образуют гетеротетрамер. [6] E.coli , ГКС гетеротетрамеры были кристаллизуют и охарактеризованы в деталях. [6] [7] Как видно на изображении 2, две субъединицы α (розовая и зеленая) находятся на противоположных сторонах структуры, а две субъединицы β (желтая и синяя) взаимодействуют в средней области белка. Две α-субъединицы взаимодействуют только с одной β-единицей, тогда как β-единицы взаимодействуют с одной α-единицей (с образованием димера αβ) и β-субъединицей другого αβ-димера. [6] Короткая аминокислотная цепь связывает две субъединицы β, что дает тетрамерную структуру.

Изображение 2: E.coli , сукцинил-СоА - синтетазы гетеротетрамер; субъединицы α: розовый и зеленый , субъединицы β: желтый и синий . Розовый и желтый образуют один димер, а зеленый и синий - другой димер. Идентификатор PDB: 1CQG

Кристаллическая структура из сукцинил-СоА - синтетазы альфа - субъединицу (сукцинил-СоА-связывающий изоформы) была определена Джойс и соавт. с разрешением 2,10 A, с кодом PDB 1CQJ. [1] . [8]

Каталитические остатки [ править ]

Кристаллические структуры SCS E. coli свидетельствуют о том, что кофермент А связывается внутри каждой α-субъединицы (в пределах складки Россмана ) в непосредственной близости с остатком гистидина (His246α). [7] Этот остаток гистидина фосфорилируется на стадии образования сукцината в механизме реакции. Точное место связывания сукцината точно не определено. [9] Образование нуклеозидтрифосфата происходит в захватном домене АТФ, который расположен около N-конца каждой β-субъединицы. Однако этот захватывающий домен расположен примерно в 35 Å от фосфорилированного остатка гистидина. [8] Это заставляет исследователей полагать, что фермент должен претерпеть серьезные изменения в конформации, чтобы доставить гистидин к домену захвата и облегчить образование нуклеозидтрифосфата. Эксперименты по мутагенезу показали, что два остатка глутамата (один рядом с каталитическим гистидином, Glu208α и один рядом с захватным доменом АТФ, Glu197β) играют роль в фосфорилировании и дефосфорилировании гистидина, но точный механизм, с помощью которого фермент изменяет конформацию, не является полностью понял. [9]

Изоформы [ править ]

Джонсон и др. описывают две изоформы сукцинил-КоА синтетазы у млекопитающих , одну, которая определяет синтез АДФ , и другую , которая синтезирует GDP . [10]

  • EC 6.2.1.5 - ADP-образование - SUCLA2
  • EC 6.2.1.4 - GDP-формирование - SUCLG1 , SUCLG2

У млекопитающих фермент представляет собой гетеродимер α- и β-субъединицы. Специфичность для аденозиновых или гуанозинфосфатов определяется β-субъединицей [10], которая кодируется двумя генами. SUCLG2 является GTP-специфичным, а SUCLA2 является ATP-специфичным, тогда как SUCLG1 кодирует общую α-субъединицу. β-варианты продуцируются в разных количествах в разных тканях [10], вызывая потребность в субстрате GTP или ATP .

В большинстве потребляющих тканей, таких как сердце и мозг, больше АТФ-специфической сукцинил-КоА-синтетазы (ATPSCS), в то время как синтетические ткани, такие как почки и печень, имеют более GTP-специфическую форму (GTPSCS). [11] Кинетический анализ ATPSCS из грудной мышцы голубей и GTPSCS из печени голубя показал, что их очевидные константы Михаэлиса были похожи для CoA, но различались для нуклеотидов, фосфата и сукцината. Наибольшая разница была для сукцината: K m app для ATPSCS = 5 мМ по сравнению с GTPSCS = 0,5 мМ. [10]

Функция [ править ]

Получение нуклеозидтрифосфатов [ править ]

SCS - единственный фермент в цикле лимонной кислоты, который катализирует реакцию, в которой нуклеозидтрифосфат (GTP или ATP) образуется в результате фосфорилирования на уровне субстрата . [4] Исследования показали, что SCS E. coli могут катализировать образование GTP или ATP. [7] Однако млекопитающие обладают различными типами SCS, которые специфичны либо для GTP (G-SCS), либо для ATP (A-SCS) и являются нативными для различных типов тканей в организме. Интересное исследование с использованием клеток голубя показало, что GTP-специфические SCS были расположены в клетках голубиной печени, а ATP-специфические SCS были расположены в клетках грудных мышц голубей. [12] Дальнейшие исследования выявили аналогичный феномен ГТФ и АТФ-специфичных SCS в тканях крыс, мышей и человека. Похоже, что ткани, обычно участвующие в анаболическом метаболизме (например, печень и почки), экспрессируют G-SCS, тогда как ткани, участвующие в катаболическом метаболизме (например, мозг, сердце и мышечная ткань), экспрессируют A-SCS. [11]

Образование промежуточных продуктов метаболизма [ править ]

SCS облегчает поток молекул в другие метаболические пути , контролируя взаимное превращение сукцинил-КоА и сукцината. [13] Это важно , потому что сукцинил - СоА является промежуточным необходимым для порфирина , гема , [14] и кетона тела биосинтеза . [15]

Регулирование и торможение [ править ]

У некоторых бактерий фермент регулируется на уровне транскрипции. [16] Было продемонстрировано, что ген SCS (SucCD) транскрибируется вместе с геном α-кетоглутаратдегидрогеназы (SucAB) под контролем промотора sdhC, который является частью оперона сукцинатдегидрогеназы . Этот оперон активируется присутствием кислорода и реагирует на различные источники углерода. Антибактериальные препараты , предотвращающие фосфорилирование гистидина, такие как молекула LY26650, являются мощными ингибиторами бактериальных SCS. [17]

Оптимальная активность [ править ]

Измерения (выполненные с использованием SCS соевых бобов) показывают оптимальную температуру 37 ° C и оптимальный pH 7,0-8,0. [18]

Роль в болезни [ править ]

Смертельный младенческий лактоацидоз: дефектный SCS считается причиной смертельного детского лактоацидоза , заболевания у младенцев, которое характеризуется накоплением токсичных уровней молочной кислоты. Состояние (когда оно наиболее тяжелое) обычно приводит к смерти в течение 2–4 дней после рождения. [19] Было установлено, что пациенты с этим заболеванием обнаруживают делецию двух пар оснований в гене, известном как SUCLG1, который кодирует α-субъединицу SCS. [19] В результате функциональный ГКС отсутствует в метаболизме, вызывая серьезный дисбаланс в потоке между гликолизом.и цикл лимонной кислоты. Поскольку в клетках отсутствует функциональный цикл лимонной кислоты, возникает ацидоз, поскольку клетки вынуждены выбирать продукцию молочной кислоты в качестве основного средства производства АТФ.

См. Также [ править ]

  • Цикл лимонной кислоты
  • Сукцинатдегидрогеназа
  • Сукцинат - КоА-лигаза (АДФ-образующая)
  • Сукцинат — КоА-лигаза (формирующая GDP)

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Fraser ME, Hayakawa K, Hume MS, Ryan DG, Brownie ER (апрель 2006 г.). «Взаимодействие GTP с АТФ-захватным доменом GTP-специфической сукцинил-КоА синтетазы» . Журнал биологической химии . 281 (16): 11058–65. DOI : 10.1074 / jbc.M511785200 . PMID  16481318 .
  2. ^ Fraser ME, Джеймс М., Bridger WA, Wolodko WT (январь 1999). «Подробное структурное описание сукцинил-КоА синтетазы Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 285 (4): 1633–53. DOI : 10.1006 / jmbi.1998.2324 . PMID 9917402 . 
  3. ^ a b Воет, Дональд Дж. (2011). Биохимия / Дональд Дж. Воет; Джудит Г. Воет . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Wiley, J. ISBN 978-0-470-57095-1.
  4. ^ a b c Берг, Джереми М. (Jeremy M.); Тимочко, Джон Л .; Страйер, Люберт .; Страйер, Люберт. Биохимия. (2002). Biochemistr . Нью-Йорк: WH Freeman. стр.  475 -477. ISBN 0-7167-3051-0.
  5. ^ Нисимура JS (1986). «Отношения структура-функция сукцинил-КоА синтетазы и другие соображения». Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии . Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. 58 . С. 141–72. DOI : 10.1002 / 9780470123041.ch4 . ISBN 9780470123041. PMID  3521216 .
  6. ^ a b c Володко WT, Кей CM, Бриджер WA (сентябрь 1986). «Активное осаждение ферментов, скорость оседания и исследования равновесия седиментации сукцинил-КоА-синтетаз свиного сердца и Escherichia coli». Биохимия . 25 (19): 5420–5. DOI : 10.1021 / bi00367a012 . PMID 3535876 . 
  7. ^ a b c Фрейзер М.Э., Джеймс М.Н., Бриджер В.А., Володко Дж. (май 1999 г.). «Подробное структурное описание сукцинли-КоА синтетазы Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 288 (3): 501. DOI : 10.1006 / jmbi.1999.2773 . PMID 10329157 . 
  8. ^ a b Джойс М.А., Фрейзер М.Э., Джеймс М.Н., Бриджер В.А., Володко В.Т. (январь 2000 г.). «АДФ-связывающий сайт сукцинил-КоА синтетазы Escherichia coli, выявленный с помощью рентгеновской кристаллографии». Биохимия . 39 (1): 17–25. DOI : 10.1021 / bi991696f . PMID 10625475 . 
  9. ^ a b Фрейзер М.Э., Джойс М.А., Райан Д.Г., Володко В.Т. (январь 2002 г.). «Два глутаматных остатка, Glu 208 альфа и Glu 197 бета, имеют решающее значение для фосфорилирования и дефосфорилирования остатка гистидина в активном центре сукцинил-КоА синтетазы». Биохимия . 41 (2): 537–46. DOI : 10.1021 / bi011518y . PMID 11781092 . 
  10. ^ a b c d Джонсон Дж. Д., Мехус Дж. Г., Тьюс К., Милавец Б. И., Ламбет Д. О. (октябрь 1998 г.). «Генетические доказательства экспрессии АТФ- и ГТФ-специфичных сукцинил-КоА синтетаз в многоклеточных эукариотах» . Журнал биологической химии . 273 (42): 27580–6. DOI : 10.1074 / jbc.273.42.27580 . PMID 9765291 . 
  11. ^ a b Lambeth DO, Tews KN, Adkins S, Frohlich D, Milavetz BI (август 2004). «Экспрессия двух сукцинил-КоА-синтетаз с различной нуклеотидной специфичностью в тканях млекопитающих» . Журнал биологической химии . 279 (35): 36621–4. DOI : 10.1074 / jbc.M406884200 . PMID 15234968 . 
  12. ↑ Johnson JD, Muhonen WW, Lambeth DO (октябрь 1998 г.). «Характеристика АТФ- и ГТФ-специфических сукцинил-КоА синтетаз у голубей. Ферменты включают одну и ту же альфа-субъединицу» . Журнал биологической химии . 273 (42): 27573–9. DOI : 10.1074 / jbc.273.42.27573 . PMID 9765290 . 
  13. ^ Лаббе РФ, Kurumada Т, J Onisawa (декабрь 1965). «Роль сукцинил-КоА синтетазы в контроле биосинтеза гема». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие вопросы . 111 (2): 403–15. DOI : 10.1016 / 0304-4165 (65) 90050-4 . PMID 5879477 . 
  14. ^ Ottaway JH, Макклеллэн JA, Saunderson CL (1981). «Янтарная тиокиназа и метаболический контроль». Международный журнал биохимии . 13 (4): 401–10. DOI : 10.1016 / 0020-711x (81) 90111-7 . PMID 6263728 . 
  15. ↑ Jenkins TM, Weitzman PD (сентябрь 1986 г.). «Определенные физиологические роли сукцинаттиокиназ животных. Ассоциация гуаниннуклеотид-связанных сукцинаттиокиназы с использованием кетоновых тел» . Письма FEBS . 205 (2): 215–8. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (86) 80900-0 . PMID 2943604 . S2CID 23667115 .  
  16. ^ Kruspl Вт, Streitmann Б (февраль 1975). «[Узловатый ретикулез с келоидным образованием]». Zeitschrift für Hautkrankheiten . 50 (3): 117–25. PMID 179232 . 
  17. ↑ Hunger-Glaser I, Brun R, Linder M, Seebeck T (май 1999). «Ингибирование гистидин-фосфорилирования сукцинил-КоА синтетазы в Trypanosoma brucei ингибитором бактериальных двухкомпонентных систем». Молекулярная и биохимическая паразитология . 100 (1): 53–9. DOI : 10.1016 / s0166-6851 (99) 00032-8 . PMID 10376993 . 
  18. ^ Шире де Xifra Е дель C Batlle AM (март 1978). «Биосинтез порфирина: иммобилизованные ферменты и лиганды. VI. Исследования сукцинил-КоА-синтетазы из культивируемых клеток сои». Biochimica et Biophysica Acta . 523 (1): 245–9. DOI : 10.1016 / 0005-2744 (78) 90027-X . PMID 564714 . 
  19. ^ a b Остергаард Э, Кристенсен Э, Кристенсен Э, Могенсен Б, Дуно М, Шубридж Э.А., Вибранд Ф (август 2007 г.). «Дефицит альфа-субъединицы сукцинат-коферментной лигазы вызывает смертельный детский лактоацидоз с истощением митохондриальной ДНК» . Американский журнал генетики человека . 81 (2): 383–7. DOI : 10.1086 / 519222 . PMC 1950792 . PMID 17668387 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Сукцинил + коэнзим + A + синтетазы в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)