Аконитаза
| аконитатгидратаза | |||
|---|---|---|---|
 Иллюстрация аконитазы свиньи в комплексе с кластером [Fe 4 S 4 ]. Белок окрашен вторичной структурой: атомы железа синие, а серы красные. [ 1 ] | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 4.2.1.3 | ||
| Номер CAS. | 9024-25-3 | ||
| Базы данных | |||
| ИнтЭнк | вид IntEnz | ||
| БРЕНДА | БРЕНДА запись | ||
| Экспаси | Просмотр NiceZyme | ||
| КЕГГ | КЕГГ запись | ||
| МетаЦик | метаболический путь | ||
| ПРЯМОЙ | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||
| Генная онтология | АмиГО / QuickGO | ||
| |||
| Семья Аконитаза (аконитатгидратаза) | |||
|---|---|---|---|
 Структура аконитазы. [ 2 ] | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Аконитаза | ||
| Пфам | PF00330 | ||
| ИнтерПро | ИПР001030 | ||
| PROSITE | PDOC00423 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1aco / SCOPe / СУПФАМ | ||
| |||
Аконитаза (аконитатгидратаза; EC 4.2.1.3 ) представляет собой фермент, который катализирует стереоспецифическую изомеризацию цитрата восстановительный в изоцитрат через цис - аконитат в цикле трикарбоновых кислот , неокислительно - процесс. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
Структура
[ редактировать ]Аконитаза, отображенная в структурах на правом поле этой страницы, имеет две несколько разные структуры, в зависимости от того, активирована она или инактивирована. [ 6 ] [ 7 ] В неактивном виде его структура разделена на четыре домена. [ 6 ] Если считать от N-конца , только первые три из этих доменов участвуют в тесных взаимодействиях с кластером [3Fe-4S], но активный центр состоит из остатков всех четырех доменов, включая более крупный С-концевой домен. [ 6 ] Кластер Fe-S и SO 2−
Анион 4 также находится в активном центре. [ 6 ] Когда фермент активируется, он приобретает дополнительный атом железа, создавая кластер [4Fe-4S]. [ 7 ] [ 8 ] Однако структура остальной части фермента практически не изменилась; сохранившиеся атомы между двумя формами находятся по существу в одних и тех же положениях, с разницей до 0,1 ангстрема. [ 7 ]
Функция
[ редактировать ]В отличие от большинства железо-серных белков , которые функционируют как переносчики электронов, железо-серный кластер аконитазы напрямую реагирует с ферментным субстратом. Аконитаза обладает активным [Fe 4 S 4 ] 2+ кластер, который может превратиться в неактивный [Fe 3 S 4 ] + форма. три остатка цистеина Показано, что (Cys) являются лигандами центра [Fe 4 S 4 ]. В активном состоянии лабильный ион железа кластера [Fe 4 S 4 ] координируется не Cys, а молекулами воды.
Белок , связывающий железо-чувствительный элемент (IRE-BP) и 3-изопропилмалатдегидратаза (α-изопропилмалатизомераза; EC 4.2.1.33 ), фермент, катализирующий вторую стадию биосинтеза лейцина , являются известными гомологами аконитазы. Регуляторные элементы железа (IRE) представляют собой семейство 28-нуклеотидных некодирующих структур «стебель-петля», которые регулируют накопление железа, синтез гема и поглощение железа. Они также участвуют в связывании рибосом и контролируют оборот (деградацию) мРНК . Специфический белок-регулятор IRE-BP связывается с IRE как в 5'-, так и в 3'-областях, но только с РНК в апо-форме, без кластера Fe-S. Экспрессия IRE-BP в культивируемых клетках показала, что этот белок функционирует либо как активная аконитаза, когда клетки богаты железом, либо как активный РНК-связывающий белок, когда клетки истощены железом. Мутантные IRE-BP, в которых любой или все три остатка Cys, участвующие в образовании Fe-S, заменены серином , не обладают аконитазной активностью, но сохраняют РНК-связывающие свойства.
Аконитаза ингибируется фторацетатом , поэтому фторацетат ядовит. Фторацетат в цикле лимонной кислоты превращается во фторцитрат под действием цитратсинтазы. Фтороцитрат конкурентно ингибирует аконитазу, останавливая цикл лимонной кислоты. [ 9 ] Кластер железа и серы очень чувствителен к окислению супероксидом . [ 10 ]
Механизм
[ редактировать ]
Аконитаза использует механизм дегидратации-гидратации. [ 11 ] Каталитическими остатками являются His-101 и Ser-642. [ 11 ] His-101 протонирует гидроксильную группу на C3 цитрата, позволяя ему уйти в виде воды, а Ser-642 одновременно отрывает протон на C2, создавая двойную связь между C2 и C3 и образуя так называемый цис промежуточный -аконитат ( две карбоксильные группы двойной связи — цис ). [ 11 ] [ 14 ] Атом углерода, от которого удаляется водород, является тем атомом, который образовался из оксалоацетата на предыдущей стадии цикла лимонной кислоты, а не тем, который произошел из ацетил-КоА , хотя эти два атома углерода эквивалентны, за исключением того, что один из них является « про -R». «и другой « про -S» (см. Прохиральность ). [ 15 ] : 393 В этот момент промежуточный элемент поворачивается на 180°. [ 11 ] Это вращение называется «переворотом». [ 12 ] Говорят, что из-за этого переворота промежуточное соединение переходит из «цитратного режима» в «изоцитратный режим». [ 16 ]
Как именно происходит этот переворот, остается спорным. Одна из теорий состоит в том, что на лимитирующей стадии механизма цис -аконитат высвобождается из фермента, а затем снова присоединяется в изоцитратном режиме для завершения реакции. [ 16 ] правильная стереохимия , в частности (2R,3S). Этот этап, ограничивающий скорость, гарантирует, что в конечном продукте образуется [ 16 ] [ 17 ] Другая гипотеза состоит в том, что цис -аконитат остается связанным с ферментом, пока он переключается с цитратного режима на изоцитратный. [ 11 ]
В любом случае переворачивание цис -аконитата позволяет стадиям дегидратации и гидратации происходить на противоположных сторонах промежуточного продукта. [ 11 ] Аконитаза катализирует транс -элиминирование/добавление воды, а переворот гарантирует формирование правильной стереохимии в продукте. [ 11 ] [ 12 ] Для завершения реакции остатки серина и гистидина меняют свое первоначальное каталитическое действие: гистидин, теперь основной, отрывает протон от воды, настраивая его как нуклеофил на атаку по C2, а протонированный серин депротонируется двойным цис -аконитатом. связь для завершения гидратации с образованием изоцитрата. [ 11 ]
Члены семьи
[ редактировать ]Аконитазы экспрессируются в бактериях для человека. У людей экспрессируются следующие два изофермента аконитазы :
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Интерактивная карта маршрутов
[ редактировать ]Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы перейти к соответствующим статьям. [ § 1 ]
- ^ Интерактивную карту маршрутов можно редактировать на WikiPathways: «TCACycle_WP78» .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ PDB : 7ACN ; Лаубл Х, Кеннеди MC, Бейнерт Х, компакт-диск Стаута (1992). «Кристаллические структуры аконитазы со связями изоцитрата и нитроизоцитрата». Биохимия . 31 (10): 2735–48. дои : 10.1021/bi00125a014 . ПМИД 1547214 .
- ^ PDB : 1ACO ; Лаубл Х, Кеннеди MC, Бейнерт Х, компакт-диск Стаута (1994). «Кристаллические структуры аконитазы со связями трансаконитата и нитроцитрата». Журнал молекулярной биологии . 237 (4): 437–51. дои : 10.1006/jmbi.1994.1246 . ПМИД 8151704 .
- ^ Бейнерт Х., Кеннеди MC (декабрь 1993 г.). «Аконитаза, двусторонний белок: фермент и регуляторный фактор железа» . Журнал ФАСЭБ . 7 (15): 1442–9. дои : 10.1096/fasebj.7.15.8262329 . ПМИД 8262329 . S2CID 1107246 .
- ^ Флинт Д.Х., Аллен Р.М. (1996). «Железо-серные белки с неокислительно-восстановительными функциями». Химические обзоры . 96 (7): 2315–34. дои : 10.1021/cr950041r . ПМИД 11848829 .
- ^ Бейнерт Х., Kennedy MC, компакт-диск Stout (ноябрь 1996 г.). «Аконитаза как знак «железо-минус»: серный белок, фермент и белок, регулирующий железо». Химические обзоры . 96 (7): 2335–2374. дои : 10.1021/cr950040z . ПМИД 11848830 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Роббинс АХ, компакт-диск Stout (1989). «Строение аконитазы». Белки . 5 (4): 289–312. дои : 10.1002/прот.340050406 . ПМИД 2798408 . S2CID 36219029 .
- ^ Перейти обратно: а б с Роббинс А.Х., компакт-диск Stout (май 1989 г.). «Структура активированной аконитазы: образование кластера [4Fe-4S] в кристалле» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 86 (10): 3639–43. Бибкод : 1989PNAS...86.3639R . дои : 10.1073/pnas.86.10.3639 . ПМК 287193 . ПМИД 2726740 .
- ^ Лаубл Х., Кеннеди MC, Бейнерт Х., Стаут CD (март 1992 г.). «Кристаллические структуры аконитазы со связями изоцитрата и нитроизоцитрата». Биохимия . 31 (10): 2735–48. дои : 10.1021/bi00125a014 . ПМИД 1547214 .
- ^ Моррисон Дж. Ф., Питерс Р. А. (ноябрь 1954 г.). «Биохимия отравления фторацетатом: влияние фторцитрата на очищенную аконитазу» . Биохим. Дж . 58 (3): 473–9. дои : 10.1042/bj0580473 . ПМЦ 1269923 . ПМИД 13208639 .
- ^ Гарднер PR (2002). «Аконитаза: чувствительная мишень и мера супероксида». Супероксиддисмутаза . Методы энзимологии. Том. 349. стр. 9–23. дои : 10.1016/S0076-6879(02)49317-2 . ISBN 978-0-12-182252-1 . ПМИД 11912933 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Такусагава Ф. «Глава 16: Цикл лимонной кислоты» (PDF) . Записка Такусагавы . Университет Канзаса. Архивировано из оригинала (PDF) 24 марта 2012 г. Проверено 10 июля 2011 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Бейнерт Х., Kennedy MC, компакт-диск Stout (ноябрь 1996 г.). «Аконитаза как знак «железо-минус»: серный белок, фермент и белок, регулирующий железо» (PDF) . Химические обзоры . 96 (7): 2335–2374. дои : 10.1021/cr950040z . ПМИД 11848830 . Архивировано из оригинала (PDF) 11 августа 2011 г. Проверено 16 мая 2011 г.
- ^ Перейти обратно: а б PDB : 1C96 ; Ллойд С.Дж., Лаубл Х., Прасад Г.С., компакт-диск Stout (декабрь 1999 г.). «Механизм аконитазы: кристаллическая структура комплекса S642a: цитрат с разрешением 1,8 А» . Белковая наука . 8 (12): 2655–62. дои : 10.1110/ps.8.12.2655 . ПМК 2144235 . ПМИД 10631981 .
- ^ Хан Д., Канали Р., Гарсия Дж., Агилера Р., Галлахер Т.К., Каденас Э. (сентябрь 2005 г.). «Места и механизмы инактивации аконитазы пероксинитритом: модуляция цитратом и глутатионом». Биохимия . 44 (36): 11986–96. дои : 10.1021/bi0509393 . ПМИД 16142896 .
- ^ Люберт Страйер (1981). Биохимия (2-е изд.). стр. 295–296.
- ^ Перейти обратно: а б с Лаубл Х, компакт-диск Stout (май 1995 г.). «Стерические и конформационные особенности механизма аконитазы». Белки . 22 (1): 1–11. дои : 10.1002/прот.340220102 . ПМИД 7675781 . S2CID 43006515 .
- ^ «Семейство Аконитазе» . Простетические группы и ионы металлов в базе данных активных сайтов белков, версия 2.0 . Университет Лидса. 2 февраля 1999 г. Архивировано из оригинала 8 июня 2011 г. Проверено 10 июля 2011 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Фришман Д., Хентце М.В. (июль 1996 г.). «Консервация остатков аконитазы, выявленная с помощью анализа множественных последовательностей. Значение для взаимоотношений структуры и функции» . Европейский журнал биохимии . 239 (1): 197–200. дои : 10.1111/j.1432-1033.1996.0197u.x . ПМИД 8706708 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Аконитаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Proteopedia Aconitase - структура аконитазы в интерактивном 3D.
