Аконитаза

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Аконитаза
[[Файл:Aconitase.png|]] Структура бычьей аконитазы(PDB 1AMI)
Идентификаторы
Шифр КФ 4.2.1.3
Номер CAS 9024-25-3
Базы ферментов
IntEnz IntEnz view
BRENDA BRENDA entry
ExPASy NiceZyme view
MetaCyc metabolic pathway
KEGG KEGG entry
PRIAM profile
PDB structures RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gene Ontology AmiGO • EGO
Поиск
PMC статьи
PubMed статьи
NCBI NCBI proteins
CAS 9024-25-3
Aconitase family
(aconitate hydratase)
PDB 1aco EBI.jpg
Structure of aconitase.[1]
Идентификаторы
Символ Aconitase
Pfam PF00330
InterPro IPR001030
PROSITE PDOC00423
SCOP 1aco
SUPERFAMILY 1aco
Доступные структуры белков
Pfam структуры
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum 3D-модель

Аконитаза, также аконитатгидратаза (КФ 4.2.1.3) — фермент из класса лиаз, который катализирует стереоспецифическую реакцию изомеризации цитрата в изоцитрат, посредством образования цис-аконитата в цикле Кребса, без окислительно-восстановительного механизма[2][3][4].

Krebs Cycle Reactions 2+3 ru.png

Аконитаза встречается у всех эукариот и бактерий в цитозоле. Многоклеточные организмы имеют дополнительную митохондриальную форму (так называемая аконитаза-2).

У человека аконитаза-1 кодируется геном ACO1, который локализован на коротком плече (p-плече) 9-ой хромосомы. Ген аконитазы-2 ACO2, локализуется на длинном плече (q-плече) 22-ой хромосомы.

Структура[править | править код]

Активация железосерного кластера аконитазы, четвёртым атомом железа. Конформация структуры кластера изменяется от тетраэдра до октаэдра.

Аконитаза состоит из четырёх доменов, три из которых тесно связаны друг с другом. Четвёртый домен, с тремя другими, образует карман, в котором происходит катализ. Каталитическая активность фермента зависит от специфической конформации, за которую отвечают железосерный кластер [4Fe-4S] и несколько аминокислотных остатков, которые позволяют протекать стереоспецифической реакции переноса молекулы воды с ахирального цитрата исключительно на изоцитрат.

Митохондриальная аконитаза, содержит остатки цистеина в позициях -385, -458 и -451, а также железосерный кластер [4Fe-4S], который имеет решающее значение для её каталитической активности. В неактивном состоянии в кластере отсутствует четвёртый атом железа, который слабо связан и первоначально имеет координационное число 4 (тетраэдрическая структура): три атома серы и один ион гидроксида (воды) в качестве связующего партнёра (см. Рисунок). В каталитической фазе координационное число атома железа увеличивается до 6 (октаэдрическая структура), а затем присоединяется дополнительный изоцитрат и другая молекула воды[5].

Выполняемые функции[править | править код]

Механизм катализа[править | править код]

Аконитаза использует механизм гидратации-дегидратации[6]. Каталитическими остатками являются His-101 и Ser-642[6]. Остаток His-101 протонирует гидроксильную группу на C3 атоме цитрата, этот процесс позволяет покинуть молекулу воды, и Ser-642 одновременно атакуют протон на C2, образуя двойную связь между C2 и C3, что приводит к образованию цис-аконитатного интермедиата. В этот момент образовавшийся интермедиат поворачивается на 180°, происходит так называемый «флип-переход»[6][7][8].

Как именно происходит процесс флип-перехода спорно. Одна из теорий заключается в том, что на лимитирующей стадии механизма цис-аконитат высвобождается из фермента, а затем повторно присоединяется в форме изоцитрата для завершения реакции. Другая гипотеза заключается в том, что цис-аконитат остается связанным с ферментом, когда происходит флип-переход молекулы цитрата в форму изоцитрата[8][9][6].

В любом случае переворачивание цис-аконитата на 180° позволяет проводить стадии дегидратации и гидратации на противоположных сторонах интермедиата. Аконитаза катализирует транс-элиминирование/гидратацию, а флип-переход гарантирует правильное стереохимическое строение интермедиата. Чтобы завершить реакцию, остатки серина и гистидина изменяют свои изначальные каталитические функции:гистидин, являясь основанием, отщепляет протон из воды, тем самым он становится нуклеофилом для атаки на С2-атом, а протонированный серин депротонируется двойным цис-аконитом, завершая реакцию гидратации образованием молекулы изоцитрата[6].

Aconitase ICT to ACT scheme.svg

Ингибирование катализа[править | править код]

Молекулы фторуксусной кислоты или фторацетата встраиваются в цикл Кребса, метаболизируются до фторцитрата, который оказывает сильное ингибируюшее воздействие на аконитазу, тем самым происходит блокирование цикла Кребса.

Примечания[править | править код]

  1. PDB 1ACO; Lauble, H; Kennedy, MC; Beinert, H; Stout, CD (1994). “Crystal Structures of Aconitase with Trans-aconitate and Nitrocitrate Bound”. Journal of Molecular Biology. 237 (4): 437—51. DOI:10.1006/jmbi.1994.1246. PMID 8151704.
  2. Beinert H, Kennedy MC (Dec 1993). “Aconitase, a two-faced protein: enzyme and iron regulatory factor”. FASEB Journal. 7 (15): 1442—9. PMID 8262329.
  3. Flint, Dennis H.; Allen, Ronda M. (1996). “Iron−Sulfur Proteins with Nonredox Functions”. Chemical Reviews. 96 (7): 2315—34. DOI:10.1021/cr950041r.
  4. Beinert H, Kennedy MC, Stout CD (Nov 1996). “Aconitase as Ironminus signSulfur Protein, Enzyme, and Iron-Regulatory Protein”. Chemical Reviews. 96 (7): 2335—2374. DOI:10.1021/cr950040z. PMID 11848830.
  5. Robbins AH, Stout CD (May 1989). “Structure of activated aconitase: formation of the [4Fe-4S] cluster in the crystal”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 86 (10): 3639—3643. PMC 287193. PMID 2726740. Используется устаревший параметр |month= (справка)
  6. 1 2 3 4 5 Takusagawa F. Chapter 16: Citric Acid Cycle. Takusagawa’s Note. The University of Kansas. Дата обращения 10 июля 2011. Архивировано 24 марта 2012 года.
  7. Beinert H, Kennedy MC, Stout CD (Nov 1996). “Aconitase as Ironminus signSulfur Protein, Enzyme, and Iron-Regulatory Protein” (PDF). Chemical Reviews. 96 (7): 2335—2374. DOI:10.1021/cr950040z. PMID 11848830. Дата обращения 2018-08-22.
  8. 1 2 Lauble H, Stout CD (May 1995). “Steric and conformational features of the aconitase mechanism”. Proteins. 22 (1): 1—11. DOI:10.1002/prot.340220102. PMID 7675781.
  9. Aconitase family. The Prosthetic groups and Metal Ions in Protein Active Sites Database Version 2.0. The University of Leeds (2 февраля 1999). Дата обращения 10 июля 2011. Архивировано 8 июня 2011 года.