Acetyl-CoA-syntetas
| Acetat—CoA- | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ligasidentifierare | |||||||||
| EG nr. | 6.2.1.1 | ||||||||
| CAS-nr. | 9012-31-1 | ||||||||
| Databaser | |||||||||
| IntEnz | IntEnz-vy | ||||||||
| BRENDA | BRENDA inträde | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme-vy | ||||||||
| KEGG | KEGG inträde | ||||||||
| MetaCyc | Metabolisk väg | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB- strukturer | RCSB PDB PDBe PDB summa | ||||||||
| Genontologi | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Acetyl-CoA-syntetas (ACS) eller Acetat-CoA-ligas är ett enzym ( EC 6.2.1.1 ) involverat i metabolismen av acetat. Det är i ligasklassen av enzymer, vilket betyder att det katalyserar bildandet av en ny kemisk bindning mellan två stora molekyler.
Reaktion
De två sammanfogade molekylerna som utgör Acetyl CoA är acetat och coenzym A (CoA). Den fullständiga reaktionen med alla substrat och produkter som ingår är:
- ATP + Acetat + CoA <=> AMP + Pyrofosfat + Acetyl-CoA
När acetyl-CoA väl har bildats kan det användas i TCA-cykeln i aerob andning för att producera energi och elektronbärare. Detta är en alternativ metod för att starta cykeln, eftersom det vanligaste sättet är att producera acetyl-CoA från pyruvat genom pyruvatdehydrogenaskomplexet . Enzymets aktivitet sker i mitokondriematrisen så att produkterna är på rätt plats för att användas i följande metaboliska steg. Acetyl Co-A kan också användas vid fettsyrasyntes , och en vanlig funktion hos syntetaset är att producera acetyl Co-A för detta ändamål.
Reaktionen katalyserad av acetyl-CoA-syntetas sker i två steg. Först AMP bindas av enzymet för att orsaka en konformationsförändring i det aktiva stället , vilket gör att reaktionen kan äga rum. Den aktiva platsen kallas A-klustret. En avgörande lysinrest måste finnas på det aktiva stället för att katalysera den första reaktionen där Co-A är bundet. Co-A roterar sedan i det aktiva stället till positionen där acetat kovalent kan binda till CoA. Den kovalenta bindningen bildas mellan svavelatomen i Co-A och den centrala kolatomen i acetat.
ACS1-formen av acetyl-CoA-syntetas kodas av genen facA, som aktiveras av acetat och deaktiveras av glukos.
Strukturera
Den tredimensionella strukturen av den asymmetriska ACS (RCSB PDB ID-nummer: 1PG3) avslöjar att den är sammansatt av två underenheter. Varje subenhet består då primärt av två domäner. Den större N-terminala domänen består av 517 rester, medan den mindre C-terminala domänen är sammansatt av 130 rester. Varje subenhet har ett aktivt ställe där liganderna hålls. Den kristalliserade strukturen av ACS bestämdes med CoA och adenosin-5'-propylfosfat bundet till enzymet. Anledningen till att använda Adenosine-5′-propylfosfat är att det är en ATP- kompetitiv hämmare som förhindrar konformationsförändringar av enzymet. Adeninringen av AMP/ATP hålls i en hydrofob ficka skapad av resterna Ile (512) och Trp (413).
Källan för den kristalliserade strukturen är organismen Salmonella typhimurium (stam LT2 / SGSC1412 / ATCC 700720). Genen för ACS transfekterades sedan in i Escherichia coli BL21(DE3) för uttryck. Under kromatografi i processen för att isolera enzymet kom subenheterna ut individuellt och den totala strukturen bestämdes separat. Metoden som användes för att bestämma strukturen var röntgendiffraktion med en upplösning på 2,3 ångström. Enhetscellens värden och vinklar finns i följande tabell:
| Längd (Å) | Vinkel (°) |
|---|---|
| a = 59,981 | a= 90,00 |
| b = 143,160 | p= 91,57 |
| c = 71,934 | y = 90,00 |
Fungera
ACS-enzymets roll är att kombinera acetat och CoA för att bilda acetyl CoA, men dess betydelse är mycket större. Den mest välkända funktionen av produkten från denna enzymatiska reaktion är användningen av acetyl-CoA i rollen av TCA-cykeln såväl som i produktionen av fettsyra . Detta enzym är avgörande för verkan av histonacetylering såväl som för genreglering. Effekten av denna acetylering är långtgående hos däggdjur. Det har visat sig att nedreglering av acs-genen i hippocampusregionen hos möss resulterar i lägre nivåer av histonacetylering, men försämrar också djurets långtidsrumsminne. Detta resultat pekar på ett samband mellan cellulär metabolism, genreglering och kognitiv funktion. Detta enzym har visat sig vara en intressant biomarkör för förekomsten av tumörer i kolorektala karcinom. När genen är närvarande kan cellerna ta in acetat som matkälla för att omvandla det till Acetyl-CoA under stressade förhållanden. I fallen av avancerade karcinomtumörer var generna för detta enzym nedreglerade och indikerade en dålig 5-års överlevnad . Uttryck av enzymet har också kopplats till utvecklingen av metastaserande tumörnoder, vilket leder till en dålig överlevnad hos patienter med njurcellscancer.
förordning
Enzymets aktivitet styrs på flera sätt. Den väsentliga lysinresten i det aktiva stället spelar en viktig roll vid reglering av aktivitet. Lysinmolekylen kan deacetyleras av en annan klass av enzymer som kallas sirtuiner . Hos däggdjur aktiveras cytoplasmatisk-nukleärt syntetas (AceCS1) av SIRT1 medan mitokondriella syntetas (AceCS2) aktiveras av SIRT3 . Denna verkan ökar aktiviteten hos detta enzym. Den exakta platsen för lysinresten varierar mellan arterna, förekommer vid Lys-642 hos människor, men är alltid närvarande i enzymets aktiva plats. Eftersom det finns en väsentlig allosterisk förändring som sker med bindningen av en AMP-molekyl, kan närvaron av AMP bidra till reglering av enzymet. Koncentrationen av AMP måste vara tillräckligt hög så att den kan binda i det allosteriska bindningsstället och tillåta de andra substraten att komma in i det aktiva stället. Kopparjoner deaktiverar också acetyl Co-A-syntetas genom att ockupera det proximala stället för A-klustrets aktiva ställe, vilket hindrar enzymet från att acceptera en metylgrupp för att delta i Wood-Ljungdahl Pathway. Närvaron av alla reaktanter i rätt koncentration behövs också för korrekt funktion som i alla enzymer. Acetyl-CoA-syntetas produceras också när det behövs för fettsyrasyntes , men under normala förhållanden är genen inaktiv och har vissa transkriptionsfaktorer som aktiverar transkription vid behov. Förutom sirtuiner kan proteindeacetylas (AcuC) också modifiera acetyl-CoA-syntetas vid en lysinrest. Men till skillnad från sirtuiner kräver AcuC inte NAD+ som samsubstrat.
Roll i genuttryck
Medan acetyl-CoA-syntetasets aktivitet vanligtvis är associerad med metaboliska vägar, deltar enzymet också i genuttryck. I jäst levererar acetyl-CoA-syntetas acetyl-CoA till histonacetyltransferaser för histonacetylering. Utan korrekt acetylering kan DNA inte kondensera till kromatin ordentligt, vilket oundvikligen resulterar i transkriptionsfel.
Industriell tillämpning
Genom att dra fördel av de vägar som använder acetyl-CoA som substrat, kan man erhålla tekniska produkter som har potential att vara konsumentprodukter. Genom att överuttrycka acs-genen och använda acetat som råmaterial kan produktionen av fettsyror (FA) ökas. Användning av acetat som råvara är ovanligt, eftersom acetat är en normal avfallsprodukt från E. coli- metabolism och är giftigt i höga halter för organismen. Genom att anpassa E. coli för att använda acetat som råvara kunde dessa mikrober överleva och producera sina konstruerade produkter. Dessa fettsyror kan sedan användas som biobränsle efter att ha separerats från media, vilket kräver ytterligare bearbetning ( transesterifiering ) för att ge användbart biodieselbränsle. Det ursprungliga anpassningsprotokollet för att inducera höga nivåer av acetatupptag förnyades 1959 som ett sätt att inducera svältmekanismer i E. coli .
Intracellulär
Acetyl-CoA från nedbrytningen av sockerarter i glykolys har använts för att bygga fettsyror. Men skillnaden kommer i det faktum att Keasling-stammen kan syntetisera sin egen etanol och bearbeta ( genom omförestring ) fettsyran ytterligare för att skapa stabila fettsyraetylestrar (FAEE). Att ta bort behovet av ytterligare bearbetning innan man erhåller en användbar bränsleprodukt i dieselmotorer.
Acetyl CoA används vid framställning av både etanol och fettsyror
Transförestring
Preliminära studier har genomförts där kombinationen av dessa två metoder har resulterat i produktion av FAEE, med användning av acetat som den enda kolkällan med en kombination av metoderna som beskrivs ovan. [ opålitlig källa ] Produktionsnivåerna för alla nämnda metoder är inte upp till de nivåer som krävs för storskaliga applikationer (ännu).
