Acetyl-CoA-karboxylas | |
---|---|
Identifierare | |
Kod KF | 6.4.1.2 |
CAS-nummer | 9023-93-2 |
Enzymdatabaser | |
IntEnz | IntEnz-vy |
BRENDA | BRENDA inträde |
ExPASy | NiceZyme-vy |
MetaCyc | Metabolisk väg |
KEGG | KEGG inträde |
PRIAM | profil |
PDB- strukturer | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
Genontologi | AmiGO • EGO |
Sök | |
PMC | artiklar |
PubMed | artiklar |
NCBI | NCBI-proteiner |
CAS | 9023-93-2 |
Acetyl-CoA-karboxylas ( ACC ) ( EG-kod 6.4.1.2 ) är ett biotinberoende enzym som katalyserar den irreversibla karboxyleringen av acetyl-CoA för att bilda malonyl-CoA på grund av två katalytiska aktiviteter: biotinkarboxylas (BC) och karboxyltransferas (CT). ). I de flesta prokaryoter och i kloroplasterna hos de flesta växter och alger är ACC ett enzym med flera underenheter. I cytoplasman hos de flesta eukaryoter är ACC ett stort multidomänenzym. Den viktigaste funktionen för ACC är att tillhandahålla ett substrat för malonyl-CoA förfettsyrabiosyntes [1] ACC-aktivitet kan kontrolleras på transkriptionsnivån, såväl som genom småmolekylära modulatorer och kovalent modifiering . Det mänskliga genomet innehåller gener för två olika ACCs [2] - ACACA [3] och ACACB [4] .
Prokaryoter och växter har en multisubunit ACC som består av flera polypeptider. Aktiviteten hos biotinkarboxylas (BC), biotinkarboxylbärarprotein (BCCP) och karboxyltransferas (CT) är koncentrerad i varje enskild subenhet. Stökiometrin för dessa subenheter i ACC -holoenzymet varierar i olika organismer [1] . Människor och de flesta eukaryoter har utvecklat ACC med CT- och BC-katalytiska domäner och BCCP-domäner på en enda polypeptid. De flesta växter har också denna homomera form i cytosolen [5] . De funktionella regionerna av ACC, med början från N-terminalen till C-terminalen, är biotinkarboxylas (BC), biotinbindande (BB), karboxyltransferas (CT) och ATP-bindande motiv (AB). AB är inne i BC. Biotin är kovalent fäst via en amidbindning till den långa sidokedjan av lysin som finns i BB. Eftersom BB är beläget mellan BC- och CT-ställena kan biotin enkelt flytta till båda aktiva platserna där det behövs.
Hos däggdjur som uttrycker två isoformer av ACC är den huvudsakliga strukturella skillnaden mellan dessa isoformer den förlängda N-terminalen av ACC2 som innehåller en mitokondriell målsekvens [1] .
Polypeptiderna som utgör multisubunit ACCs av prokaryoter och växter kodas av olika gener. I Escherichia coli kodar accA för alfa-subenheten av acetyl-CoA-karboxylas [6] och accD kodar för dess beta-subenhet [7] .
Den övergripande reaktionen ACAC (A, B) fortskrider enligt en tvåstegsmekanism [8] . Den första reaktionen utförs av BC och involverar den ATP-beroende karboxyleringen av biotin med bikarbonat, som fungerar som en källa för CO 2 . Karboxylgruppen överförs från biotin till acetyl-CoA för att bilda malonyl-CoA i en andra reaktion katalyserad av CT.
I det aktiva stället fortskrider reaktionen med omfattande interaktion av Glu296-rester och positivt laddade Arg338 och Arg292 med substrat [9] . De två Mg 2+ koordineras av fosfatgrupper på ATP och krävs för bindningen av ATP till enzymet. Bikarbonatet deprotoneras av Glu296, även om denna protonöverföring är osannolik i lösning eftersom pKa för bikarbonat är 10,3. Enzymet verkar manipulera pKa för att underlätta deprotoneringen av bikarbonat. Bikarbonats PKa reduceras genom dess interaktion med de positivt laddade sidokedjorna av Arg338 och Arg292. Dessutom kan Glu296 interagera med sidokedjan av Glu211 och därigenom orsaka en ökning av pKa. Efter deprotonering av bikarbonatet fungerar syret i bikarbonatet som en nukleofil och angriper gammafosfat på ATP. Det intermediära karboxifosfatet sönderdelas snabbt till CO 2 och PO 4 3- . PO 4 3- deprotonerar biotin för att skapa ett Arg338-stabiliserat enolat som därefter angriper CO 2 för att bilda karboxibiotin. Karboxybiotin flyttas till det aktiva stället för karboxyltransferas (CT), där karboxylgruppen överförs till acetyl-CoA. Till skillnad från BC-domänen är lite känt om mekanismen för CT-reaktionen. Den föreslagna mekanismen är frisättningen av CO 2 från biotin, som sedan avlägsnar en proton från metylgruppen från acetyl-CoA-karboxylas. Det resulterande enolatet angriper CO 2 för att bilda malonyl-CoA. I en konkurrerande mekanism koordineras protonavskiljning med en attack av acetyl-CoA.
ACC:s funktion är att reglera fettsyrametabolismen. När enzymet är aktivt bildas en malonyl-CoA-produkt som är en byggsten för nya fettsyror och kan hämma överföringen av en fettacylgrupp från acyl-CoA till karnitin av karnitinacyltransferas , vilket hämmar beta-oxidation av fettsyror i mitokondrier .
Däggdjur uttrycker två huvudsakliga isoformer av ACC, ACC1 och ACC2, som skiljer sig åt i både vävnadsfördelning och funktion. ACC1 finns i cytoplasman hos alla celler, men dess koncentration är förhöjd i lipogena vävnader såsom fettvävnad och ammande bröstkörtlar , där fettsyrasyntesen är viktig [10] . I oxidativa vävnader som skelettmuskulatur och hjärtat är förhållandet mellan uttryckt ACC2 högre. Både ACC1 och ACC2 är mycket uttryckta i levern, där både oxidation och syntes av fettsyror är viktiga [11] . Skillnader i vävnadsfördelning indikerar att ACC1 upprätthåller regleringen av fettsyrasyntesen, medan ACC2 främst reglerar fettsyraoxidation ( beta-oxidation ).
Regleringen av däggdjurs ACC är komplex och kontrollerar två distinkta pooler av malonyl CoA som är inriktade på att antingen hämma betaoxidation eller aktivera lipidbiosyntes [12] .
Däggdjurs ACC1 och ACC2 regleras transkriptionellt av en mängd olika promotorer som förmedlar ACC-överflöd som svar på cellens näringsstatus. Aktivering av genuttryck genom olika promotorer leder till alternativ splitsning ; dock är den fysiologiska betydelsen av specifika ACC -isoenzymer oklart [11] . Känslighet för näringsstatus är resultatet av kontroll av dessa promotorer genom transkriptionsfaktorer såsom transkriptionskontrollerat sterolregulatoriskt elementbindande protein 1, som kontrolleras av insulin på transkriptionsnivå, och ChREBP , vars uttryck ökas av en kolhydratrik kost [13] [14] .
Genom en frammatningsslinga aktiverar citrat allosteriskt ACC [15] . Citrat kan öka ACC -polymerisationen för att öka enzymatisk aktivitet; det är dock inte klart om polymerisation är huvudmekanismen för citratökning i ACC-aktivitet eller om polymerisation är en artefakt av in vitro-experiment. Andra allosteriska aktivatorer inkluderar glutamat och andra dikarboxylsyror [16] . Långkedjiga och kortkedjiga fettacyl-CoAs är negativa återkopplingshämmare av ACC [17] .
Fosforylering kan inträffa när hormonerna glukagon eller adrenalin binder till cellytreceptorer , men den främsta orsaken till fosforylering beror på en ökning av AMP -nivåer när cellens energistatus är låg, vilket leder till aktivering av AMP-aktiverat proteinkinas. (AMPK). AMPK är den huvudsakliga regulatorn av ACC-kinas, som kan fosforylera ett antal serinrester på båda ACC -isoformerna [18] . På ACC1 fosforylerar AMPK Ser79, Ser1200 och Ser1215. Proteinkinas A har också förmågan att fosforylera ACC med en mycket större förmåga att fosforylera ACC2 än ACC1. Den fysiologiska betydelsen av proteinkinas A i regleringen av ACC är emellertid för närvarande okänd. Forskare föreslår att det finns andra ACC-kinaser som är viktiga för dess reglering, eftersom det finns många andra möjliga fosforyleringsställen på ACC [19] .
När insulin binder till sina receptorer på cellmembranet aktiverar det ett fosfatasenzym som kallas proteinfosfatas 2A (PP2A) för att defosforylera enzymet; därigenom tar bort den hämmande effekten. Dessutom inducerar insulin fosfodiesteras , vilket minskar nivån av cAMP i cellen, vilket hämmar PKA och även direkt hämmar AMPK.
Detta protein kan använda morfinmodellen för allosterisk reglering [20] .
I skärningspunkten mellan lipidsyntes och oxidationsvägar, presenterar ACC många kliniska möjligheter för produktion av nya antibiotika och utveckling av nya behandlingar för diabetes , fetma och andra manifestationer av det metabola syndromet [21] . Forskare siktar på att använda de strukturella skillnaderna mellan bakteriella och mänskliga ACCs för att designa antibiotika specifika för bakteriella ACCs för att minimera biverkningar för patienter. Lovande resultat angående användbarheten av en ACC-hämmare inkluderar upptäckten att möss utan ACC2-uttryck har kontinuerlig fettsyraoxidation, minskad fettmassa och minskad kroppsvikt trots ökat födointag. Dessa möss är också skyddade från diabetes [12] . ACC1-brist hos mutanta möss är dödlig redan på embryonalstadiet. Det är dock inte känt om läkemedel som riktar sig till ACC hos människor bör vara specifika för ACC2 [22] .
Firsocostat (tidigare GS-976, ND-630, NDI-010976) är en potent allosterisk ACC-hämmare som verkar på BC-domänen av ACC [23] . Firsocostat utvecklas av läkemedelsföretaget Gilead 2019 (fas II) [24] som en del av en kombinationsbehandling för icke- alkoholisk steatohepatit (NASH), som tros vara en ökande orsak till leversvikt [25] .
Dessutom används växtselektiva ACC-hämmare i stor utsträckning som herbicider [26] vilket tyder på klinisk användning mot Apicomplexa -parasiter som är beroende av den växthärledda ACC-isoformen [27] , inklusive malaria .
Enzymer | |
---|---|
Aktivitet | |
förordning | |
Klassificering | |
Typer |
|