Acetyl-CoA-karboxylas
Acetyl-CoA-karboxylas (ACC) är ett biotinberoende enzym (EC 6.4.1.2) som katalyserar den irreversibla karboxyleringen av acetyl-CoA för att producera malonyl-CoA genom dess två katalytiska aktiviteter, biotinkarboxylas (BC) och karboxyltransferas (CT). ACC är ett enzym med flera underenheter i de flesta prokaryoter och i kloroplasterna hos de flesta växter och alger, medan det är ett stort multidomänenzym i cytoplasman hos de flesta eukaryoter. Den viktigaste funktionen hos ACC är att tillhandahålla malonyl-CoA-substratet för biosyntesen av fettsyror.[1] Aktiviteten av ACC kan kontrolleras på transkriptionsnivån såväl av småmolekylära modulatorer som genom kovalent modifiering. Det mänskliga genomet innehåller generna för två olika ACC:er[2] — ACACA[3] och ACACB.[4]
Struktur
[redigera | redigera wikitext]Prokaryoter och växter har multi-subunit ACCs sammansatta av flera polypeptider. Biotinkarboxylas (BC) aktivitet, biotin karboxyl bärarprotein (BCCP) och karboxyltransferas (CT) aktivitet finns var och en på skilda underenheter. Stökiometrin för dessa underenheter i ACC-holoenzymet skiljer sig mellan organismer.[1] Människor och de flesta eukaryoter har utvecklat en ACC med CT- och BC-katalytiska domäner och BCCP-domäner på en enda polypeptid. De flesta växter har också denna homomera form i cytosol.[5] ACC-funktionella regioner, från N-terminalen till C-terminalen, är biotinkarboxylas (BC), biotinbindande (BB), karboxyltransferas (CT) och ATP-bindande (AB). AB ligger inom BC. Biotin är kovalent fäst genom en amidbindning till den långa sidokedjan av ett lysin som finns i BB. Eftersom BB är mellan BC- och CT-regioner kan biotin enkelt translokera till båda de aktiva platserna där det behövs.
Hos däggdjur där två isoformer av ACC uttrycks är den huvudsakliga strukturella skillnaden mellan dessa isoformer den förlängda ACC2 N-terminalen som innehåller en mitokondriell målsökningssekvens.[1]
| Kristallografiska strukturer av E. coli acetyl-CoA-karboxylas | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||
Gener
[redigera | redigera wikitext]Polypeptiderna som består av multi-underenhet ACC:er av prokaryoter och växter kodas av distinkta gener. I Escherichia coli kodar accA för alfa-underenheten av acetyl-CoA-karboxylaset,[6] och accD kodar för dess beta-underenhet.[7]
Mekanism
[redigera | redigera wikitext]Den totala reaktionen av ACAC(A,B) fortskrider med en tvåstegsmekanism.[8] Den första reaktionen utförs av BC och involverar ATP-beroende karboxylering av biotin med bikarbonat som källa till CO2. Karboxylgruppen överförs från biotin till acetyl-CoA för att bilda malonyl-CoA i den andra reaktionen, som katalyseras av CT.
I det aktiva stället fortskrider reaktionen med omfattande interaktion av resterna Glu296 och positivt laddade Arg338 och Arg292 med substraten.[9] Två Mg2+ koordineras av fosfatgrupperna på ATP och krävs för ATP-bindning till enzymet. Bikarbonat deprotoneras av Glu296, även om denna protonöverföring i lösning är osannolik eftersom pKa för bikarbonat är 10,3. Enzymet manipulerar uppenbarligen pKa för att underlätta deprotoneringen av bikarbonat. Bikarbonats pKa minskas genom dess interaktion med positivt laddade sidokedjor av Arg338 och Arg292. Vidare interagerar Glu296 med sidokedjan av Glu211, en interaktion som har visat sig orsaka en ökning av den skenbara pKa. Efter deprotonering av bikarbonat fungerar syret i bikarbonatet som en nukleofil och angriper gammafosfatet på ATP. Karboxyfosfatmellanprodukten sönderdelas snabbt till CO2 och PO43−. PO43− deprotonerar biotin, vilket skapar ett enolat, stabiliserat av Arg338, som därefter angriper CO2 vilket resulterar i produktion av karboxibiotin.[9] Karboxybiotinet translokerar till det aktiva stället för karboxyltransferas (CT), där karboxylgruppen överförs till acetyl-CoA. I motsats till BC-domänen är lite känt om reaktionsmekanismen för CT. En föreslagen mekanism är frisättningen av CO2 från biotin, som sedan avlägsnar en proton från metylgruppen från acetyl-CoA-karboxylas. Det resulterande enolatet angriper CO2 för att bilda malonyl-CoA. I en konkurrerande mekanism samordnas protonabstraktion med attacken av acetyl-CoA.
Funktion
[redigera | redigera wikitext]ACC:s funktion är att reglera metabolismen av fettsyror. När enzymet är aktivt produceras produkten, malonyl-CoA, som är en byggsten för nya fettsyror och kan hämma överföringen av fettacylgruppen från acyl-CoA till karnitin med karnitinacyltransferas, som hämmar beta-oxidationen av fettsyror i mitokondrierna. Hos däggdjur uttrycks 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 är berikad i lipogen vävnad, som fettvävnad och ammande bröstkörtlar, där fettsyrasyntesen är viktig.[10]I oxidativa vävnader, som skelettmuskel och hjärta, är förhållandet mellan uttryckt ACC2 högre. ACC1 och ACC2 är båda starkt uttryckta i levern där både fettsyraoxidation och syntes är viktiga.[11] Skillnaderna i vävnadsfördelning tyder på att ACC1 upprätthåller reglering av fettsyrasyntesen medan ACC2 främst reglerar fettsyraoxidation (beta-oxidation).
En mitokondriell isoform av ACC1 (mACC1) spelar en delvis överflödig roll i lipoinsyrasyntes och därmed i proteinlipoylering genom att tillhandahålla malonyl-CoA för mitokondriell fettsyrasyntes (mtFASII) i tandem med ACSF3.[12][13]
Reglering
[redigera | redigera wikitext]
Regleringen av däggdjurs-ACC är komplex för att kontrollera två distinkta pooler av malonyl-CoA som styr antingen hämningen av beta-oxidation eller aktiveringen av lipidbiosyntes.[14] Däggdjurs ACC1 och ACC2 regleras transkriptionellt av flera promotorer som förmedlar ACC-överskott som svar på cellens näringsstatus. Aktivering av genuttryck genom olika promotorer resulterar i alternativ splitsning; den fysiologiska betydelsen av specifika ACC-isozymer förblir dock oklar.[11] Känsligheten för näringsstatus är resultatet av kontroll av dessa promotorer av transkriptionsfaktorer som sterolreglerande elementbindande protein 1, kontrollerat av insulin på transkriptionsnivå, och ChREBP , som ökar i uttryck med dieter med hög kolhydrat.[15][16]
Genom en frammatningsslinga aktiverar citrat allosteriskt ACC.[17] Citrat kan öka ACC-polymerisationen för att öka den enzymatiska aktiviteten. Det är dock oklart om polymerisation är citrats huvudmekanism för att öka ACC-aktivitet eller om polymerisation är en artefakt av in vitro-experiment. Andra allosteriska aktivatorer är glutamat och andra dikarboxylsyror.[18] Lång- och kortkedjig fettacyl-CoA är negativ återkopplingshämmare av ACC.[19] En sådan negativ allosterisk modulator är palmitoyl-CoA.[20]
Fosforylering kan uppstå när hormonerna glukagon[21] eller epinefrin[22] binder till cellytreceptorer, men den främsta orsaken till fosforylering beror på en ökning av AMP-nivåerna när cellens energistatus är låg, vilket leder till aktivering av det AMP-aktiverade proteinkinaset (AMPK). AMPK är den huvudsakliga kinasregulatorn av ACC, som kan fosforylera ett antal serinrester på båda isoformerna av ACC.[23] 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. Ser80 och Ser1263 på ACC1 kan också fungera som ett ställe för fosforylering som en reglerande mekanism.[24] Den fysiologiska betydelsen av proteinkinas A i regleringen av ACC är dock för närvarande okänd. Forskare antar att det finns andra ACC-kinaser som är viktiga för dess reglering eftersom det finns många andra möjliga fosforyleringsställen på ACC.[25]
Klinisk inverkan
[redigera | redigera wikitext]Vid tidpunkten för lipidsyntes och oxidationsvägar presenterar ACC många kliniska möjligheter för produktion av nya antibiotika och utveckling av nya terapier för diabetes, fetma och andra manifestationer av metabolt syndrom.[26] Forskare strävar efter att dra fördel av strukturella skillnader mellan bakteriella och mänskliga ACC för att skapa antibiotika som är specifika för den bakteriella ACC, i ansträngningar att minimera biverkningar för patienter. Lovande resultat för användbarheten av en ACC-hämmare är upptäckten att möss utan uttryck av ACC2 har kontinuerlig fettsyraoxidation, minskad kroppsfettmassa och minskad kroppsvikt trots ökad matkonsumtion. Dessa möss är också skyddade från diabetes.[14] En brist på ACC1 hos mutanta möss är dödlig redan på embryonalstadiet. Det är dock okänt om läkemedel som riktar sig mot ACC hos människor måste vara specifika för ACC2.[27] Firsocostat (tidigare GS-976, ND-630, NDI-010976) är en potent allosterisk ACC-hämmare som verkar på BC-domänen av ACC.[28] Firsocostat var under utveckling 2019 (fas II)[29] av läkemedelsföretaget Gilead som en del av en kombinationsbehandling för alkoholfri steatohepatit (NASH), som tros vara en ökande orsak till leversvikt.[30]
Dessutom är växtselektiva ACC-hämmare i utbredd användning som herbicider,[31] vilket tyder på klinisk tillämpning mot Apicomplexa-parasiter som förlitar sig på en växthärledd ACC-isoform,[32] som malaria. De heterogena kliniska fenotyperna av den metaboliska sjukdomen kombinerad malonisk och metylmalonsyrauri (CMAMMA) på grund av ACSF3-brist tros vara resultatet av partiell kompensation av en mitokondriell isoform av ACC1 (mACC1) för bristfällig ACSF3 i mitokondriell fettsyrasyntes (mtFASII).[33]
Referenser
[redigera | redigera wikitext]- Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Acetyl-CoA carboxylase, 4 juli 2024.
Noter
[redigera | redigera wikitext]- ^ [a b c] ”Acetyl-coenzyme A carboxylase: crucial metabolic enzyme and attractive target for drug discovery”. Cellular and Molecular Life Sciences 62 (16): sid. 1784–1803. August 2005. doi:. PMID 15968460.
- ^ ”Isoforms of acetyl-CoA carboxylase: structures, regulatory properties and metabolic functions”. Biochemical Society Transactions 25 (4): sid. 1232–1238. November 1997. doi:. PMID 9449982.
- ^ ”Human acetyl-CoA carboxylase: characterization, molecular cloning, and evidence for two isoforms”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 92 (9): sid. 4011–4015. April 1995. doi:. PMID 7732023. Bibcode: 1995PNAS...92.4011A.
- ^ ”Identification of a second human acetyl-CoA carboxylase gene”. The Biochemical Journal 316 (Pt 3): sid. 915–922. June 1996. doi:. PMID 8670171.
- ^ ”Plant acetyl-CoA carboxylase: structure, biosynthesis, regulation, and gene manipulation for plant breeding”. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 68 (6): sid. 1175–1184. June 2004. doi:. PMID 15215578.
- ^ ”accA, acetyl-CoA carboxylase alpha subunit (Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655)”. NCBI gene. National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/944895.
- ^ ”accD, acetyl-CoA carboxylase beta subunit (Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655)”. NCBI gene. National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/946796.
- ^ ”Biotinoyl domain of human acetyl-CoA carboxylase: Structural insights into the carboxyl transfer mechanism”. Proteins 72 (2): sid. 613–624. August 2008. doi:. PMID 18247344.
- ^ [a b] ”Crystal structure of biotin carboxylase in complex with substrates and implications for its catalytic mechanism”. The Journal of Biological Chemistry 284 (17): sid. 11690–11697. April 2009. doi:. PMID 19213731.
- ^ ”Promoter usage determines tissue specific responsiveness of the rat acetyl-CoA carboxylase gene”. Biochemical and Biophysical Research Communications 225 (2): sid. 647–653. August 1996. doi:. PMID 8753813.
- ^ [a b] ”Structure and regulation of acetyl-CoA carboxylase genes of metazoa”. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids 1733 (1): sid. 1–28. March 2005. doi:. PMID 15749055.
- ^ ”A conserved mammalian mitochondrial isoform of acetyl-CoA carboxylase ACC1 provides the malonyl-CoA essential for mitochondrial biogenesis in tandem with ACSF3”. The Biochemical Journal 474 (22): sid. 3783–3797. November 2017. doi:. PMID 28986507. http://urn.fi/urn:nbn:fi-fe2017112855099.
- ^ Kastaniotis, Alexander J.; Autio, Kaija J.; R. Nair, Remya (April 2021). ”Mitochondrial Fatty Acids and Neurodegenerative Disorders” (på engelska). The Neuroscientist 27 (2): sid. 143–158. doi:. ISSN 1073-8584. PMID 32644907. http://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1073858420936162.
- ^ [a b] ”Continuous fatty acid oxidation and reduced fat storage in mice lacking acetyl-CoA carboxylase 2”. Science 291 (5513): sid. 2613–2616. March 2001. doi:. PMID 11283375. Bibcode: 2001Sci...291.2613A.
- ^ ”Polyunsaturated fatty acids decrease the expression of sterol regulatory element-binding protein-1 in CaCo-2 cells: effect on fatty acid synthesis and triacylglycerol transport”. The Biochemical Journal 368 (Pt 3): sid. 855–864. December 2002. doi:. PMID 12213084.
- ^ ”Carbohydrate response element binding protein directly promotes lipogenic enzyme gene transcription”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 101 (44): sid. 15597–15602. November 2004. doi:. PMID 15496471. Bibcode: 2004PNAS..10115597I.
- ^ ”The mechanism of tricarboxylic acid cycle regulation of fatty acid synthesis”. The Journal of Biological Chemistry 237 (6): sid. 1787–1792. June 1962. doi:. PMID 14470343.
- ^ ”Bimodal activation of acetyl-CoA carboxylase by glutamate”. The Journal of Biological Chemistry 275 (15): sid. 10819–10825. April 2000. doi:. PMID 10753875.
- ^ ”Role of long-chain fatty acyl-CoA esters in the regulation of metabolism and in cell signalling”. The Biochemical Journal 323 (Pt 1): sid. 1–12. April 1997. doi:. PMID 9173866.
- ^ ”Fine-tuning acetyl-CoA carboxylase 1 activity through localization: functional genomics reveals a role for the lysine acetyltransferase NuA4 and sphingolipid metabolism in regulating Acc1 activity and localization”. Genetics 221 (4). July 2022. doi:. PMID 35608294.
- ^ ”Glucagon Activates the AMP-Activated Protein Kinase/Acetyl-CoA Carboxylase Pathway in Adipocytes”. The FASEB Journal 24 (S1). April 2010. doi:. ISSN 0892-6638.
- ^ ”Adrenaline is a critical mediator of acute exercise-induced AMP-activated protein kinase activation in adipocytes”. The Biochemical Journal 403 (3): sid. 473–481. May 2007. doi:. PMID 17253964.
- ^ ”Phosphorylation-activity relationships of AMPK and acetyl-CoA carboxylase in muscle”. Journal of Applied Physiology 92 (6): sid. 2475–2482. June 2002. doi:. PMID 12015362.
- ^ ”How Does Polymerization Regulate Human Acetyl-CoA Carboxylase 1?”. Biochemistry 57 (38): sid. 5495–5496. September 2018. doi:. PMID 30211541.
- ^ ”Regulation of acetyl-CoA carboxylase”. Biochemical Society Transactions 34 (Pt 2): sid. 223–227. April 2006. doi:. PMID 16545081.
- ^ ”Inhibitors of mammalian acetyl-CoA carboxylase”. Recent Patents on Cardiovascular Drug Discovery 2 (3): sid. 162–180. November 2007. doi:. PMID 18221116.
- ^ ”Mutant mice lacking acetyl-CoA carboxylase 1 are embryonically lethal”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102 (34): sid. 12011–12016. August 2005. doi:. PMID 16103361. Bibcode: 2005PNAS..10212011A.
- ^ ”Acetyl-CoA carboxylase inhibition by ND-630 reduces hepatic steatosis, improves insulin sensitivity, and modulates dyslipidemia in rats”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 113 (13): sid. E1796–E1805. March 2016. doi:. PMID 26976583. Bibcode: 2016PNAS..113E1796H.
- ^ ”Gilead shores up hope for NASH cocktail with a glimpse at positive proof-of-concept data”. Endpoints News. 11 April 2019. https://endpts.com/gilead-shores-up-hope-for-nash-cocktail-with-a-glimpse-at-proof-of-concept-data/.
- ^ ”A systematic review of the present and future of non-alcoholic fatty liver disease”. Clinical and Experimental Hepatology 4 (3): sid. 165–174. September 2018. doi:. PMID 30324141.
- ^ ”Acetyl CoA Carboxylase (ACCase) Inhibitors”. Herbicide Symptoms. Division of Agriculture and Natural Resources, University of California, Davis. http://herbicidesymptoms.ipm.ucanr.edu/MOA/ACCase_inhibitors.
- ^ ”Growth of Toxoplasma gondii is inhibited by aryloxyphenoxypropionate herbicides targeting acetyl-CoA carboxylase”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 96 (23): sid. 13387–13392. November 1999. doi:. PMID 10557330. Bibcode: 1999PNAS...9613387Z.
- ^ ”Brain metabolism and neurological symptoms in combined malonic and methylmalonic aciduria”. Orphanet Journal of Rare Diseases 15 (1): sid. 27. January 2020. doi:. PMID 31969167.
Vidare läsning
[redigera | redigera wikitext]- Biochemistry (3rd). Wiley. 2004. ISBN 978-0-471-19350-0. https://archive.org/details/biochemistry00voet_1.
- Biochemistry and molecular biology of plants. American Society of Plant Physiologists. 2000. ISBN 978-0-943088-37-2. https://archive.org/details/biochemistrymole00buch.
- ”A biotin analog inhibits acetyl-CoA carboxylase activity and adipogenesis”. The Journal of Biological Chemistry 277 (19): sid. 16347–16350. May 2002. doi:. PMID 11907024.
Externa länkar
[redigera | redigera wikitext]