Malatsyntas
| malatsyntas | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Malatsyntashomotrimer, Haloferax volcanii
| |||||||||
| Identifierare | |||||||||
| EG nr. | 2.3.3.9 | ||||||||
| CAS-nr. | 9013-48-3 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Inom enzymologi är ett malatsyntas ( EC 2.3.3.9 ) ett enzym som katalyserar den kemiska reaktionen
- acetyl-CoA + H 2 O + glyoxylat ( S )-malat + CoA
De 3 substraten för detta enzym är acetyl-CoA , ) -malat H2O och produkter S glyoxylat , medan dess två är ( och CoA . Detta enzym deltar i pyruvatmetabolismen och glyoxylat- och dikarboxylatmetabolismen .
Nomenklatur
Detta enzym tillhör familjen transferaser , speciellt acyltransferaser som omvandlar acylgrupper till alkylgrupper vid överföring. Det systematiska namnet på denna enzymklass är acetyl-CoA:glyoxylat C-acetyltransferas (tioesterhydrolyserande, karboximetylbildande). Andra namn i vanlig användning inkluderar L-malatglyoxylatlyas (CoA-acetylering), glyoxylattransacetylas, glyoxylattransacetas, glyoxyltransacetas, malatkondenserande enzym, malatsyntetas, äppelsyntetas och äppelkondenserande enzym.
Strukturera
Malatsyntaser delas in i två huvudfamiljer, isoformerna A och G. Isoform G är monomer med en storlek på cirka 80 kD och finns uteslutande i bakterier . Isoform A är cirka 65 kD per subenhet och kan bilda homomultimerer i eukaryoter . Detta enzym innehåller en central TIM-cylinder inklämd mellan en N-terminal alfa-helix- spänne och en alfa/beta-domän som härrör från två insättningar i TIM -cylindersekvensen. Enzymet avslutas med en C-terminal femhelixplugg. Det aktiva stället, där acetyl-CoA och glyoxylatet binder till enzymet, ligger mellan TIM-cylindern och C-terminalpluggen . Vid bindning acetyl-CoA- molekylen en J-form införd i bindningsfickan, genom en intramolekylär vätebindning mellan N7 i adeninringen och en hydroxylgrupp på panteteinsvansen . Dessutom koordinerar en kritisk magnesiumjon inom det aktiva stället med glyoxylat , glutaminsyra 427, asparaginsyra 455 och två vattenmolekyler. Aminosyrorna som interagerar med acetyl CoA vid bindning är mycket konserverade. Sekvensidentiteten är hög inom varje klass av isoformer, men mellan båda klasserna sjunker sekvensidentiteten till cirka 15 %. Alfa/beta-domänen, som inte har någon uppenbar funktion, ses inte i isoform A.
Mekanism
Mekanismen för malatsyntas är en aldolreaktion följt av tioesterhydrolys . Inledningsvis aspartat 631 som en katalytisk bas, som abstraherar en proton från alfakolet av acetyl -CoA och skapar ett enolat som stabiliseras av arginin 338. Detta anses vara det hastighetsbestämmande steget i mekanismen. Sedan fungerar det nybildade enolatet som en nukleofil som angriper aldehyden av glyoxylat och ger en negativ laddning på syret som stabiliseras av arginin 338 och den koordinerande magnesiumkatjonen . Denna malyl-CoA-mellanprodukt genomgår sedan hydrolys vid acyl-CoA- delen, vilket genererar en karboxylatanjon . Enzymet frisätter slutligen malat och coenzym A .
Fungera
Citronsyracykeln (även känd som trikarboxylsyracykeln eller Krebscykeln) används av aeroba organismer för att producera energi via oxidation av acetyl-CoA, som härrör från pyruvat (en produkt av glykolys ). Citronsyracykeln accepterar acetyl-CoA och metaboliserar det för att bilda koldioxid . En relaterad cykel, kallad glyoxylatcykeln , finns i många bakterier och växter. I växter sker glyoxylatcykeln i glyoxysomer . I denna cykel isocitratlyas och malatsyntas över dekarboxyleringsstegen i citronsyracykeln. Med andra ord arbetar malatsyntas tillsammans med isocitratlyas i glyoxylatcykeln för att kringgå två oxidativa steg i Krebs-cykeln och möjliggöra kolinkorporering från acetat eller fettsyror i många mikroorganismer. Tillsammans tjänar dessa två enzymer till att producera succinat (som lämnar cykeln för att användas för syntes av sockerarter) och malat (som finns kvar i glyoxylatcykeln). Under denna process används acetyl-CoA och vatten som substrat. Som ett resultat förlorar cellen inte 2 molekyler koldioxid som den gör i Krebs-cykeln . Glyoxylatcykeln, som underlättas av malatsyntas och isocitratlyas, tillåter växter och bakterier att livnära sig på acetyl-CoA eller andra två kolföreningar. Till exempel konsumerar Euglena gracilis , en encellig eukaryot alg , etanol för att bilda acetyl-CoA och därefter kolhydrater . Inom groande växter tillåter glyoxylatcykeln omvandling av reservlipider till kolhydrater i glyoxysomer .
Evolutionshistoria
Malatsyntas finns som en oktamer av identiska subenheter (var och en ungefär 60 kDa) i vissa växter, inklusive majs. Den finns som en homotetramer i svampen Candida och som en homodimer i eubakterier . Malatsyntas fusioneras till C-terminalen av isocitratlyas i C. elegans , vilket resulterar i ett enda bifunktionellt protein. Även om det för närvarande inte finns tillräcklig sekvensinformation för att bestämma den exakta evolutionära historien för malatsyntas, är växt-, svamp- och C. elegans- sekvenser distinkta och visar inga homologer från arkebakterier .
Aktivitet hos människor
Traditionellt beskrivs malatsyntaser i bakterier som en del av glyoxylatcykeln, och malatsyntasaktivitet hade inte rapporterats för ett humant protein före en studie av Strittmatter, et al. I denna studie visade sig CLYBL vara ett humant mitokondrieenzym med malatsyntasaktivitet. Det finns i flera eukaryota taxa och bevaras i bakterier. CLYBL skiljer sig från andra malatsyntaser genom att det saknar en stor del av den C-terminala domänen och visar lägre specifik aktivitet och effektivitet. CLYBL är kopplat till vitamin B12- metabolismvägen eftersom det är starkt samuttryckt med MUT, MMAA och MMAB, tre medlemmar av den mitokondriella B12-vägen. Dessutom är en förlust av funktionspolymorfism , som leder till en förlust av CLYBL-proteinet, samtidigt associerad med låga nivåer av B12 i human plasma. Även om den exakta mekanismen för CLYBLs inblandning i B12-metabolism inte är väl förstått, tros det omvandla citramalyl-CoA till pyruvat och acetyl-CoA. Utan denna omvandling, byggs itakonyl-CoA, en föregångare till citramalyl-CoA, upp i cellen, vilket leder till inaktivering av vitamin B12. Denna inaktivering hämmar metionincykeln, vilket leder till minskad metabolism av serin , glycin , enkol och folat .
Klinisk signifikans
Eftersom glyoxylatcykeln förekommer i bakterier och svampar är det viktigt att studera mekanismerna för malatsyntas (liksom isocitratlyas) för att förstå människors, djurs och växters patogenes . Att studera malatsyntas kan belysa de metaboliska vägarna som gör att patogener kan överleva inuti en värd samt belysa möjliga behandlingar. Många studier har utförts på malatsyntasaktivitet i patogener, inklusive Mycobacterium tuberculosis , Pseudomonas aeruginosa , Brucella melitensis och Escherichia coli .
Mycobacterium tuberculosis
Malatsyntas och glyoxylatvägen är särskilt viktig för M. tuberculosis , vilket möjliggör långvarig beständighet av dess infektion. När celler av M. tuberculosis blir fagocyterade , uppreglerar bakterien gener som kodar för glyoxylatshuntenzymerna . Mycobacterium tuberculosis är en av de mest väl studerade patogenerna i samband med enzymet malatsyntas. Strukturen och kinetiken för Mycobacterium tuberculosis malatsyntas har kategoriserats väl. Malatsyntas är avgörande för Mycobacterium tuberculosis överlevnad eftersom det tillåter bakterierna att assimilera acetyl-CoA i långkedjiga kolhydrater och överleva i tuffa miljöer. Utöver detta förhindrar malatsyntas toxicitet från uppbyggnad av glyoxylat producerat av isocitratlyas . Nedreglering av malatsyntas resulterar i minskad stresstolerans, persistens och tillväxt av Mycobacterium tuberculosis inuti makrofager. Enzymet kan hämmas av små molekyler (även om hämningen är mikromiljöberoende), vilket tyder på att dessa kan användas som nya kemoterapier.
Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas aeruginosa orsakar allvarliga infektioner hos människor och märks som ett kritiskt hot av Världshälsoorganisationen på grund av dess motståndskraft mot flera terapier. Glyoxylatshunten är väsentlig för Pseudomonas aeruginosas tillväxt i en värdorganism. År 2017, McVey, et al. undersökte 3D-strukturen av P. aeruginosa malatsyntas G. De fann att det är en monomer som består av fyra domäner och är mycket konserverad i andra patogener. De använde vidare beräkningsanalys för att identifiera två bindningsfickor som kan fungera som läkemedelsmål.
Brucella melitensis
Brucella melitensis är en patogen bakterie som orsakar feber och inflammation i bitestikeln hos får och nötkreatur och kan överföras till människor genom konsumtion av opastöriserad mjölk. Malatsyntas har identifierats som en potentiell virulensfaktor i denna bakterie. År 2016, Adi, et al. konstruerade en 3D-kristalliserad struktur av proteinet för att identifiera katalytiska domäner och undersöka potentiella hämmare . De identifierade fem inhibitorer med icke-oral toxicitet som fungerade som läkemedel mot bakterierna, vilket tyder på möjliga behandlingsvägar för brucellos .
Escherichia coli
I Escherichia coli uttrycks generna som kodar för enzymerna som krävs för glyoxylatcykeln från det polycistroniska ace- operonet . Detta operon innehåller gener som kodar för malatsyntas (aceB), isocitratlyas (aceA) och isocitratdehydrogenaskinas/fosfatas (aceK).
Strukturstudier
Från och med början av 2018 har flera strukturer lösts för malatsyntaser, inklusive de med PDB-accessionskoderna 2GQ3 , 1D8C , 3OYX , 3PUG , 5TAO , 5H8M , 2JQX , 1P7T och 1Y8B .
