Jump to content

Ацетил-КоА-синтетаза

Ацетил-КоА-синтетаза (ACS) или ацетат-КоА-лигаза представляет собой фермент ( EC 6.2.1.1 ), участвующий в метаболизме ацетата . Он относится к классу ферментов лигаз , что означает, что он катализирует образование новой химической связи между двумя большими молекулами.

Две соединенные молекулы, составляющие ацетил-КоА, представляют собой ацетат и кофермент А (КоА). Полная реакция со всеми включенными субстратами и продуктами:

АТФ + Ацетат + КоА → АМФ + Пирофосфат + Ацетил-КоА [ 1 ]

После образования ацетил-КоА его можно использовать в цикле ТСА при аэробном дыхании для производства энергии и переносчиков электронов. Это альтернативный метод запуска цикла, поскольку более распространенным способом является получение ацетил-КоА из пирувата через комплекс пируватдегидрогеназы . Активность фермента осуществляется в митохондриальном матриксе , поэтому продукты находятся в нужном месте для использования на следующих метаболических этапах. [ 2 ] Ацетил-Ко-А также можно использовать в синтезе жирных кислот , и общей функцией синтетазы является производство ацетил-Ко-А для этой цели. [ 3 ]

Реакция, катализируемая ацетил-КоА-синтетазой, протекает в две стадии. Во-первых, АМФ должен быть связан с ферментом, чтобы вызвать конформационные изменения в активном центре , которые позволяют протекать реакции. Активный сайт называется А-кластером. [ 4 ] В активном центре должен присутствовать решающий остаток лизина , чтобы катализировать первую реакцию, в которой связывается Ко-А. Затем Со-А поворачивается в активном центре в положение, в котором ацетат может ковалентно связываться с КоА. Ковалентная связь образуется между атомом серы в Со-А и центральным атомом углерода ацетата. [ 5 ]

Форма ацетил-КоА-синтетазы ACS1 кодируется геном facA, который активируется ацетатом и деактивируется глюкозой. [ 6 ]

Структура

Трехмерная структура асимметричной ACS (идентификатор RCSB PDB: 1PG3) показывает, что она состоит из двух субъединиц. Каждая субъединица состоит в основном из двух доменов. Более крупный N-концевой домен состоит из 517 остатков, а меньший С-концевой домен состоит из 130 остатков. [ 7 ] Каждая субъединица имеет активный сайт , в котором удерживаются лиганды. Кристаллическую структуру АКС определяли с помощью КоА и аденозин - 5'-пропилфосфата, связанных с ферментом. Причина использования аденозин-5'-пропилфосфата заключается в том, что он является конкурентным ингибитором АТФ , который предотвращает любые конформационные изменения фермента. Адениновое кольцо АМФ/АТФ удерживается в гидрофобном кармане, образованном остатками Ile (512) и Trp (413). [ 7 ]

Источником кристаллической структуры является организм Salmonella typhimurium (штамм LT2/SGSC1412/ATCC 700720). Ген ACS затем трансфицировали в Escherichia coli BL21(DE3) для экспрессии. При хроматографии в процессе выделения фермента субъединицы выделялись индивидуально, и общая структура определялась отдельно. [ 7 ] Для определения структуры использовался метод рентгеновской дифракции с разрешением 2,3 ангстрема. Значения и углы элементарной ячейки представлены в следующей таблице:

3D-структура САУ (1PG3) с использованием программного обеспечения PyMol. [ 8 ]
Аксиальный вид ACS (1PG3), показывающий лиганды, связанные с активным сайтом. Лигандами, используемыми для кристаллизации (на изображении), являются аденозин-5'-пропилфосфат, КоА и этандиол.
Элементарная ячейка
Длина (Å) Угол (°)
а = 59,981 а= 90,00
б= 143,160 β= 91,57
с = 71,934 с= 90,00

Роль фермента ACS заключается в объединении ацетата и кофермента А с образованием ацетил-КоА, однако его значение гораздо больше. Наиболее известной функцией продукта этой ферментативной реакции является использование ацетил-КоА в цикле ТСА, а также в производстве жирных кислот . Этот фермент жизненно важен для ацетилирования гистонов, а также для регуляции генов. [ 9 ] Эффект этого ацетилирования имеет далеко идущие последствия у млекопитающих. Было показано, что подавление гена acs в области гиппокампа мышей приводит к снижению уровня ацетилирования гистонов, но также ухудшает долговременную пространственную память животного. Этот результат указывает на связь между клеточным метаболизмом, регуляцией генов и когнитивной функцией. [ 9 ] Было показано, что этот фермент является интересным биомаркером наличия опухолей при колоректальном раке. Когда ген присутствует, клетки способны поглощать ацетат в качестве источника пищи, чтобы преобразовать его в ацетил-КоА во время стрессовых состояний. В случаях опухолей карциномы на поздних стадиях гены этого фермента были подавлены, что указывало на плохую 5-летнюю выживаемость . [ 10 ] Экспрессия фермента также связана с развитием метастатических опухолевых узлов, что приводит к плохой выживаемости пациентов с почечно-клеточным раком. [ 11 ]

Регулирование

[ редактировать ]

Активность фермента контролируют несколькими способами. Незаменимый остаток лизина в активном центре играет важную роль в регуляции активности. Молекула лизина может быть деацетилирована ферментом другого класса, называемым сиртуинами . У млекопитающих цитоплазматическая ядерная синтетаза (AceCS1) активируется SIRT1 , тогда как митохондриальная синтетаза (AceCS2) активируется SIRT3 . Это действие увеличивает активность этого фермента. [ 2 ] Точное расположение остатка лизина варьируется у разных видов, у людей он встречается на уровне Lys-642, но всегда присутствует в активном центре фермента. [ 12 ] Поскольку при связывании молекулы АМФ происходит существенное аллостерическое изменение, присутствие АМФ может способствовать регуляции фермента. Концентрация АМФ должна быть достаточно высокой, чтобы он мог связываться в аллостерическом сайте связывания и позволять другим субстратам проникать в активный сайт. Кроме того, ионы меди дезактивируют ацетил-Ко-А-синтетазу, занимая проксимальный участок активного сайта А-кластера, что не позволяет ферменту принять метильную группу для участия в пути Вуда-Люнгдала. [ 4 ] Присутствие всех реагентов в правильной концентрации также необходимо для правильного функционирования, как и во всех ферментах. Ацетил-КоА-синтетаза также вырабатывается, когда она необходима для синтеза жирных кислот , но в нормальных условиях ген неактивен и имеет определенные транскрипционные факторы, которые при необходимости активируют транскрипцию. [ 3 ] Помимо сиртуинов, протеиндеацетилаза (AcuC) также может модифицировать ацетил-КоА-синтетазу по остатку лизина. Однако, в отличие от сиртуинов, AcuC не нуждается в НАД+ в качестве косубстрата. [ 13 ]

Роль в экспрессии генов

[ редактировать ]

Хотя активность ацетил-КоА-синтетазы обычно связана с метаболическими путями, фермент также участвует в экспрессии генов. У дрожжей ацетил-КоА-синтетаза доставляет ацетил-КоА к гистон-ацетилтрансферазам для ацетилирования гистонов. Без правильного ацетилирования ДНК не может должным образом конденсироваться в хроматин , что неизбежно приводит к ошибкам транскрипции. [ 14 ]

Промышленное применение

[ редактировать ]
FAEE (C12), полученный с использованием пути биосинтеза Кислинга в сконструированной E. coli (A2A). Возможны разные типы в зависимости от количества включенных звеньев ацетил-КоА (в результате образуются цепочки с четным числом).
Типичная молекула жирной кислоты (пальмитиновая кислота, C16)

Воспользовавшись преимуществами путей, использующих ацетил-КоА в качестве субстрата, можно получить инженерные продукты, которые потенциально могут стать потребительскими товарами. Путем сверхэкспрессии гена acs и использования ацетата в качестве сырья можно увеличить выработку жирных кислот (ЖК). [ 15 ] Использование ацетата в качестве исходного сырья встречается редко, поскольку ацетат является обычным отходом метаболизма E. coli и в высоких концентрациях токсичен для организма. Приспособив кишечную палочку к использованию ацетата в качестве сырья, эти микробы смогли выжить и производить свои модифицированные продукты. Эти жирные кислоты затем можно использовать в качестве биотоплива после отделения от среды, требуя дальнейшей обработки ( переэтерификации ) для получения пригодного к использованию биодизельного топлива. Оригинальный протокол адаптации для индукции высокого уровня поглощения ацетата был разработан в 1959 году как средство, индуцирующее механизмы голодания у E. coli . [ 16 ]

Переэтерификация жирных кислот в сложноэфирный механизм

Внутриклеточный

[ редактировать ]

Ацетил-КоА, образующийся при расщеплении сахаров при гликолизе, использовался для образования жирных кислот. Однако разница заключается в том, что штамм Кислинга способен синтезировать собственный этанол и перерабатывать ( путем переэтерификации ) жирные кислоты для создания стабильных этиловых эфиров жирных кислот (FAEE). Устранение необходимости дальнейшей обработки перед получением годного к использованию топливного продукта в дизельных двигателях. [ 17 ]

Изменения в правилах E. coli для производства FAEE из ацетата.

Ацетил-КоА используется при производстве этанола и жирных кислот.

Трансэтерификация

[ редактировать ]

Были проведены предварительные исследования, в которых сочетание этих двух методов привело к получению FAEE с использованием ацетата в качестве единственного источника углерода с использованием комбинации методов, описанных выше. [ 18 ] [ ненадежный источник ] Уровни производства всех упомянутых методов не достигают уровня, необходимого для крупномасштабных применений (пока).

  1. ^ КЕГГ
  2. ^ Перейти обратно: а б Швер Б., Банкенборг Дж., Вердин Р.О., Андерсен Дж.С., Вердин Э. (июль 2006 г.). «Обратимое ацетилирование лизина контролирует активность митохондриального фермента ацетил-КоА-синтетазы 2» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (27): 10224–10229. дои : 10.1073/pnas.0603968103 . ПМЦ   1502439 . ПМИД   16788062 .
  3. ^ Перейти обратно: а б Икеда Ю., Ямамото Дж., Окамура М., Фуджино Т., Такахаси С., Такеучи К., Осборн Т.Ф., Ямамото Т.Т., Ито С., Сакаи Дж. (сентябрь 2001 г.). «Регуляция транскрипции гена мышиной ацетил-КоА-синтетазы 1 через несколько кластерных сайтов связывания для белков, связывающих регуляторные элементы стерола, и один соседний сайт для Sp1» . Журнал биологической химии . 276 (36): 34259–69. дои : 10.1074/jbc.M103848200 . ПМИД   11435428 .
  4. ^ Перейти обратно: а б Брамлетт М.Р., Тан X, Линдал П.А. (август 2003 г.). «Инактивация ацетил-КоА-синтазы/дегидрогеназы монооксида углерода медью» . Журнал Американского химического общества . 125 (31): 9316–7. дои : 10.1021/ja0352855 . ПМИД   12889960 .
  5. ^ PDB : 1RY2 ; Джогл Г., Тонг Л. (февраль 2004 г.). «Кристаллическая структура дрожжевой ацетил-коэнзима А-синтетазы в комплексе с АМФ». Биохимия . 43 (6): 1425–31. дои : 10.1021/bi035911a . ПМИД   14769018 .
  6. ^ Де Сима С., Руа Х., Пердигеро Э., дель Валье П., Бусто Ф., Бароха-Мазо А., де Арриага Д. (7 апреля 2005 г.). «Ацетил-КоА-синтетаза, не кодируемая геном facA, экспрессируется при углеродном голодании у Phycomyces blakesleeanus» . Исследования в области микробиологии . 156 (5–6): 663–9. дои : 10.1016/j.resmic.2005.03.003 . ПМИД   15921892 .
  7. ^ Перейти обратно: а б с ВВП : 1PG3 ; Гулик А.М., Старай В.Дж., Хорсвилл А.Р., Хомик К.М., Эскаланте-Семерена Дж.К. (март 2003 г.). «Кристаллическая структура 1,75 А ацетил-КоА-синтетазы, связанной с аденозин-5'-пропилфосфатом и коферментом А». Биохимия . 42 (10): 2866–73. дои : 10.1021/bi0271603 . ПМИД   12627952 .
  8. ^ Система молекулярной графики PyMOL, версия 2.0 Schrödinger, LLC.
  9. ^ Перейти обратно: а б Мьюс П., Донахью Г., Дрейк А.М., Лузак В., Абель Т., Бергер С.Л. (июнь 2017 г.). «Ацетил-КоА-синтетаза регулирует ацетилирование гистонов и память гиппокампа» . Природа . 546 (7658): 381–386. дои : 10.1038/nature22405 . ПМК   5505514 . ПМИД   28562591 .
  10. ^ Пэ Дж.М., Ким Дж.Х., О Х.Дж., Пак Х.Э., Ли Т.Х., Чо Нью-Йорк, Кан Г.Х. (февраль 2017 г.). «Понижение уровня ацетил-КоА-синтетазы 2 является метаболическим признаком прогрессирования и агрессивности опухоли при колоректальной карциноме» . Современная патология . 30 (2): 267–277. дои : 10.1038/modpathol.2016.172 . ПМИД   27713423 . S2CID   2474320 .
  11. ^ Чжан С., Хэ Дж., Цзя З., Ян З., Ян Дж. (март 2018 г.). «Ацетил-КоА-синтетаза 2 усиливает онкогенез и указывает на плохой прогноз для пациентов с почечно-клеточной карциномой». Урологическая онкология . 36 (5): 243.e9–243.e20. дои : 10.1016/j.urolonc.2018.01.013 . ПМИД   29503142 .
  12. ^ Hallows WC, Ли С., Дену Дж. М. (июль 2006 г.). «Сиртуины деацетилируют и активируют ацетил-КоА-синтетазу млекопитающих» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (27): 10230–10235. дои : 10.1073/pnas.0604392103 . ПМЦ   1480596 . ПМИД   16790548 .
  13. ^ Гарднер Дж.Г., Гранди Ф.Дж., Хенкин Т.М., Эскаланте-Семерена Дж.К. (август 2006 г.). «Контроль активности ацетил-коэнзима А-синтетазы (AcsA) путем ацетилирования/деацетилирования без участия НАД (+) в Bacillus subtilis» . Журнал бактериологии . 188 (15): 5460–8. дои : 10.1128/JB.00215-06 . ПМК   1540023 . ПМИД   16855235 .
  14. ^ Такахаши Х., Маккаффери Дж.М., Иризарри Р.А., Буке Дж.Д. (июль 2006 г.). «Нуклеоцитозольная ацетил-кофермент а-синтетаза необходима для ацетилирования гистонов и глобальной транскрипции» . Молекулярная клетка . 23 (2): 207–17. doi : 10.1016/j.molcel.2006.05.040 . ПМИД   16857587 .
  15. ^ Сяо Ю, Жуань З, Лю З, Ву С.Г., Варман А.М., Лю Ю, Тан Ю.Дж. (2013). «Разработка Escherichia coli для преобразования уксусной кислоты в свободные жирные кислоты». Журнал биохимической инженерии . 76 : 60–69. дои : 10.1016/j.bej.2013.04.013 .
  16. ^ Гласки А.Дж., Рафельсон М.Е. (август 1959 г.). «Использование ацетата-C14 Escherichia coli, выращенной на ацетате, в качестве единственного источника углерода» . Журнал биологической химии . 234 (8): 2118–22. дои : 10.1016/S0021-9258(18)69876-X . ПМИД   13673023 .
  17. ^ Стин Э.Дж., Кан Ю., Бокински Г., Ху З., Ширмер А., МакКлюр А., Дель Кардайр С.Б., Кислинг Дж.Д. (январь 2010 г.). «Микробное производство топлива и химикатов на основе жирных кислот из растительной биомассы». Природа . 463 (7280): 559–62. дои : 10.1038/nature08721 . ПМИД   20111002 . S2CID   4425677 .
  18. ^ Бануэлос С., Сервантес Е., Перес Е., Тан С. (март 2017 г.). От токсичных побочных продуктов к биотопливу: адаптация модифицированной Escherichia coli для производства этиловых эфиров жирных кислот из ацетата. Курс Стэнфордского университета: CHEMENG 185B (Отчет).
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: ba9c9265cfada4ff2f24cc02441689e3__1710609600
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ba/e3/ba9c9265cfada4ff2f24cc02441689e3.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Acetyl-CoA synthetase - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)