Akonitas

Akonitas , även akonitathydratas (EC 4.2.1.3 ) är ett enzym från klassen lyaser som katalyserar den stereospecifika reaktionen av isomerisering av citrat till isocitrat, genom bildning av cis-akonitat i Krebs-cykeln , utan redoxmekanism [2] [3] [4] .

Akonitas förekommer i alla eukaryoter och bakterier i cytosolen . Flercelliga organismer har ytterligare en mitokondriell form (kallad akonitas-2).

Hos människor kodas aconitas-1 av ACO1 -genen , som är belägen på den korta armen (p-armen) av den 9:e kromosomen . Aconitas-2- genen ACO2 är lokaliserad på den långa armen (q-armen) av den 22:a kromosomen .

Struktur

Aconitase är sammansatt av fyra domäner, varav tre är nära besläktade med varandra. Den fjärde domänen, med tre andra, bildar en ficka i vilken katalys sker. Enzymets katalytiska aktivitet beror på en specifik konformation, för vilken järn-svavelklustret [4Fe-4S] och flera aminosyrarester är ansvariga, vilket möjliggör den stereospecifika reaktionen av överföringen av en vattenmolekyl från akiralt citrat uteslutande till isocitrat .

Mitokondriellt akonitas innehåller cysteinrester i positionerna -385, -458 och -451, samt ett järn-svavelkluster [4Fe-4S], vilket är avgörande för dess katalytiska aktivitet. I det inaktiva tillståndet saknar klustret den fjärde järnatomen, som är svagt bunden och initialt har ett koordinationstal på 4 (tetraedrisk struktur): tre svavelatomer och en hydroxid-(vatten)jon som bindningspartner (se figur). I den katalytiska fasen ökar järnatomens koordinationsnummer till 6 (oktaedrisk struktur), och sedan tillsätts ytterligare ett isocitrat och ytterligare en vattenmolekyl [5] .

Utförda funktioner

Till skillnad från de flesta järn-svavelproteiner, som fungerar som elektronbärare, interagerar järn-svavelklustret av akonitas direkt med enzymsubstratet. Aconitas har ett aktivt kluster [Fe 4 S 4 ] 2+ , som kan omvandlas till den inaktiva formen [Fe 3 S 4 ] + . Tre cysteinrester (Cys) har visat sig vara ligander för [Fe 4 S 4 ]-centret. I det aktiva tillståndet koordineras den labila järnjonen i klustret [Fe 4 S 4 ] inte av Cys, utan av vattenmolekyler.

Järn-svavelklustret är mycket känsligt för inverkan av superoxidjonen och oxideras lätt av den.

Katalysmekanism

Aconitase använder mekanismen för hydrering-dehydrering [6] . De katalytiska resterna är His-101 och Ser-642 [6] . His-101-resten protonerar hydroxylgruppen på C3-atomen i citrat, denna process tillåter vattenmolekylen att lämna, och Ser-642 attackerar samtidigt protonen på C2 och bildar en dubbelbindning mellan C2 och C3, vilket leder till bildningen av en cis-akonitatmellanprodukt. I detta ögonblick roterar den resulterande mellanprodukten med 180°, och den så kallade " flip-övergången " inträffar [6] [7] [8] .

Hur exakt flip-övergången sker är diskutabelt. En teori är att i det hastighetsbegränsande steget av mekanismen frisätts cis-akonitat från enzymet och sedan återfästas som isocitrat för att fullborda reaktionen. En annan hypotes är att cis-akonitat förblir bundet till enzymet när citratmolekylen vänder till isocitratformen [8] [9] [6] .

Hur som helst, vridning av cis-akonitat med 180° gör att dehydrerings- och hydratiseringsstegen kan utföras på motsatta sidor av mellanprodukten. Aconitas katalyserar trans-eliminering/hydrering, och flip-övergången garanterar den korrekta stereokemiska strukturen för mellanprodukten. För att fullborda reaktionen ändrar serin- och histidinrester sina ursprungliga katalytiska funktioner: histidin , som är en bas, delar av en proton från vatten och blir därigenom en nukleofil som attackerar C2-atomen, och protonerat serin deprotoneras av dubbel cis-akonit, vilket fullbordar hydreringsreaktionen med bildandet av en molekyl isocitrat [6] .

Inhibering av katalys

Molekyler av fluorättiksyra eller fluoracetat inkorporeras i Krebs-cykeln, metaboliseras till fluorocitrat, som har en starkt hämmande effekt på akonitas, och blockerar därigenom Krebs-cykeln.

Anteckningar

1. ↑ PDB 1ACO ; Lauble, H; Kennedy, MC; Beinert, H; Stout, CD Crystal Structures of Aconitase with Trans-aconitate and Nitrocitrate Bound  //  Journal of Molecular Biology : journal. - 1994. - Vol. 237 , nr. 4 . - s. 437-451 . - doi : 10.1006/jmbi.1994.1246 . — PMID 8151704 .
2. ↑ Beinert H., Kennedy MC Aconitas, ett tvåsidigt protein: enzym- och järnreglerande faktor  //  The FASEB Journal : journal. — Federation of American Societies for Experimental Biology, 1993. — December ( bd 7 , nr 15 ). - P. 1442-1449 . — PMID 8262329 .
3. ↑ Flint, Dennis H.; Allen, Ronda M. Järn-svavelproteiner med icke-redoxfunktioner  //  Kemiska recensioner : journal. - 1996. - Vol. 96 , nr. 7 . - P. 2315-2334 . - doi : 10.1021/cr950041r .
4. ↑ Beinert H., Kennedy MC, Stout CD Aconitase som järnminus tecken Svavelprotein, enzym och järnreglerande protein   // Chemical Reviews : journal. - 1996. - November ( vol. 96 , nr 7 ). - P. 2335-2374 . doi : 10.1021 / cr950040z . — PMID 11848830 .
5. ↑ Robbins AH, Stout CD Structure of activated aconitase: bildande av [4Fe-4S]-klustret i kristallen  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal  . - 1989. - Maj ( vol. 86 , nr 10 ). - P. 3639-3643 . — PMID 2726740 .
6. ↑ 1 2 3 4 5 Takusagawa F. Kapitel 16: Citronsyracykeln . Takusagawas anteckning . University of Kansas. Tillträdesdatum: 10 juli 2011. Arkiverad från originalet den 24 mars 2012. (obestämd)
7. ↑ Beinert H., Kennedy MC, Stout CD Aconitase som järnminus tecken Svavelprotein, enzym och järnreglerande protein   // Chemical Reviews : journal. - 1996. - November ( vol. 96 , nr 7 ). - P. 2335-2374 . doi : 10.1021 / cr950040z . — PMID 11848830 . Arkiverad från originalet den 11 augusti 2011.
8. ↑ 1 2 Lauble H., Stout CD Steriska och konformationella egenskaper hos akonitasmekanismen  //  Proteins : journal. - 1995. - Maj ( vol. 22 , nr 1 ). - S. 1-11 . - doi : 10.1002/prot.340220102 . — PMID 7675781 .
9. ↑ Aconitase familj . Protetiska grupperna och metalljonerna i Protein Active Sites Database Version 2.0 . University of Leeds (2 februari 1999). Hämtad 10 juli 2011. Arkiverad från originalet 8 juni 2011. (obestämd)

Ordböcker och uppslagsverk	Britannica (online)