Карнитин-О-ацетилтрансфераза

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск

An Error has occurred retrieving Wikidata item for infobox Карнитин-О-ацетилтрансфераза (также Карнитин-ацетилтрансфераза, сокр. КАТ или Carnitine O-acetyltransferase (CRAT)[1], КФ [www.brenda-enzymes.info/enzyme.php?ecno=2.3.1.7 2.3.1.7]) — фермент из группы ацилтрансфераз, катализирующий перенос ацетильной группы (СH3-CO) от молекулы ацетил-КоА на молекулу субстрата — карнитина и обратно, когда субстратом уже служит кофермент А, по уравнению:

ацетил-КоА + карнитин <math>\rightleftharpoons</math> КоА-SH + О-ацетилкарнитин[2].

Продуктами реакции являются соответственно ацетилкарнитин и кофермент А (КоА-SH).

Ген, кодирующий данный фермент [www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=CRAT CRAT] локализован на 9-ой хромосоме.

Различные субклеточные локализации CRAT мРНК, как полагают, являются результатом альтернативного сплайсинга гена, кодирующего данный фермент. Альтернативный сплайсинг приводит к образованию трёх изоформ, одна из которых содержит N-концевой сигнал транспорта в митохондрии, и согласно наблюдениям локализуется именно там[3].





Номенклатура

Данный фермент принадлежит к семейству ацилтрансфераз, катализирующих перенос ацетильной группы с молекулы ацетил-КоА на молекулу субстрата — карнитина — и обратно. Систематическое название фермента — карнитин-О-ацетилтрансфераза. Другие названия фермента: Ацетил-КоА-карнитинтрансфераза, карнитинацетил-КоА-трансфераза, ацетил-карнитинтрансфераза и др.

Структура

Карнитин-ацетилтрансфераза имеет молекулярный вес в пределах 70 кДа, и содержит приблизительно 600 аминокислотных остатков. CRAT состоит из двух доменов — домена N и домена C, состоящих из 20 α-спиралей и 16 β-цепей. Домен N состоит из восьмицепочечного β-листа, по бокам которых располагаются 8 α-спиралей. 6 смешанных β-цепей и 11 α-спиралей образуют С-домен.

Если сравнивать строение ядер (кóра) двух доменов фермента, то наблюдается значительное сходство фолдинга пептидного остова, и это на то, что только 4 % аминокислот, входящих в состав этих пептидных остовов, соответствуют друг другу, т.е. имеют одинаковую последовательность[1].

Активный центр

Функцию каталитического центра CRAT выполняет остаток гистидина — His343[4]. Он расположен на стыке доменов C и N, почти в центре CRAT. Боковая цепь His343 расположена неравномерно, атомом азота δ1 гистидинового кольца соединяется водородной связью с карбонильным кислородом аминокислотного остова[1][5][6].

Центр связывания КоА

Поскольку CRAT связывает КоА, а не ацетил-КоА, можно сделать вывод, что CRAT обладает способностью гидролизовать ацетил-КоА до взаимодействия со свободной молекулой кофермента А на участке связывания. КоА связывается активным центром в линейной конформации, пантотеновым рукой (терминальной частью молекулы). Терминальная SH — тиоловая группа в так называемой пантотеновой руке и ε2 атом азота боковой цепи каталитического центра His343, образуют водородную связь. Между 3'-фосфатной группой на КоА и аминокислотными остатками Lys419 и Lys423 также происходит образование связей. Помимо этого, на участке связывания, остатки Asp430 и Glu453 образуют водородную связь друг с другом. Если какой-либо из аминокислотных остатков заменяется в результате мутации, то это может привести к снижению активности CRAT[7][8].

Карнитин связывающий центр

Карнитин связывается ферментом в частично сложенном виде, его функциональные группы (гидроксильная и карбоксильная) направлены в различные стороны. Сам участок связывания состоит из β-листа домена С и в особенности из аминокислотных остатков домена N. После связывания лицевая часть карнитина, остается открытой в пространстве находящимся вне фермента. Как и кофермент А, карнитин образует водородную связь с ε2 атомом азота на остаток His343. В случае карнитина связь образуется с 3-гидроксильной группой (3-OH). Катализ этого фермента стереоспецифичен для карнитина, так стереоизомер 3-ОН группы не может полноценно взаимодействовать с карнитин связывающим участком CRAT. Сам же фермент претерпевает незначительные конформационные изменения при связывании с карнитином[1][9][10].

Функции

Аминокислотный остаток His343 активного центра фермента способен катализировать реакцию ацетилирования карнитина, посредством депротонирования терминальной (концевой) SH - тиоловой группы кофермента А или 3-ОН - гидроксильной группы карнитина в зависимости от направления реакции. Структура СRAT оптимизирует такие реакции, образовывая прямые водородные связи между остатком His343 и обоих субстратов (кофермента А и карнитина). После этого депротонированная группа может свободно атаковать ацетильную группу СоА или СOOH-группу ацетилкарнитина. Реакция протекает непосредственно, без образования His343-ацетил интермедиата (промежуточного продукта).

Гидролиз

Вполне возможно, что катализ может протекать только с одним из двух субстратов. Если какая-либо молекула ацетил-СоА или ацетилкарнитин связываются с CRAT, то молекулы воды могут занять другие участки связывания, а также ацетильную группу (СH3-CO) акцептора.

Субстрат-вспомогательный катализ

Существуют литературные данные, которые свидетельствуют о том, что -N+-(CH3)3- триметиламмониевая группа карнитина может быть решающим фактором в катализе CRAT. Триметиламмониевая группа проявляет положительный заряд, который стабилизирует оксианион в реакции получения интермедиата (промежуточного соединения). Эта мысль подтверждается тем фактом, что положительный заряд карнитина не является необходимым для активного связывания, но имеет жизненно важное значение продолжения протекания дальнейшего катализа. Это было доказано на примере катализа аналога карнитина с отсутствием триметиламмониевой группы. Такое соединение было в состоянии конкурировать с карнитином и связываться с CRAT, однако, оно не смогло вызвать реакцию[11] . Появление субстрат-вспомогательного катализа открывает новые стратегии для увеличения синтетической субстратной специфичности[12].

Биологические функции

Карнитин-ацетилтрансфераза участвует в метаболизме аланина и аспартата. Существуют данные, говорящие о том, что CRAT активность необходима для выполнения перехода клеточного цикла от G1 к S-фазе[13] .

Медицинское значение

Те, кто унаследовал дефицит CRAT-активности, имеют повышенный риск развития тяжёлых сердечных и неврологических заболеваний[1].

Снижение активности фермента обнаруживается у лиц, страдающих болезнью Альцгеймера[1].

CRAT и его семейство ферментов, имеют большой потенциал в качестве целей для разработки терапевтических методов лечения диабета 2-го типа и других заболеваний[14][15][16].

Взаимодействия с другими белками

Известно, что CRAT взаимодействует с белками NEDD8, PEX5 и SUMO1[3].

Напишите отзыв о статье "Карнитин-О-ацетилтрансфераза"

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Jogl G, Tong L (Jan 2003). «Crystal structure of carnitine acetyltransferase and implications for the catalytic mechanism and fatty acid transport». Cell 112 (1): 113–22. DOI:10.1016/S0092-8674(02)01228-X. PMID 12526798.
  2. ↑ Bieber LL (1988). «Carnitine». Annual Review of Biochemistry 57: 261–83. DOI:10.1146/annurev.bi.57.070188.001401. PMID 3052273.
  3. ↑ 1 2 [www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=gene&Cmd=ShowDetailView&TermToSearch=1384 Entrez Gene: CRAT carnitine acetyltransferase].
  4. ↑ McGarry JD, Brown NF (Feb 1997). «The mitochondrial carnitine palmitoyltransferase system. From concept to molecular analysis». European Journal of Biochemistry / FEBS 244 (1): 1–14. DOI:10.1111/j.1432-1033.1997.00001.x. PMID 9063439.
  5. ↑ Jogl G, Hsiao YS, Tong L (Nov 2004). «Structure and function of carnitine acyltransferases». Annals of the New York Academy of Sciences 1033: 17–29. DOI:10.1196/annals.1320.002. PMID 15591000.
  6. ↑ Wu D, Govindasamy L, Lian W, Gu Y, Kukar T, Agbandje-McKenna M, McKenna R (Apr 2003). «Structure of human carnitine acetyltransferase. Molecular basis for fatty acyl transfer». The Journal of Biological Chemistry 278 (15): 13159–65. DOI:10.1074/jbc.M212356200. PMID 12562770.
  7. ↑ Ramsay RR, Gandour RD, van der Leij FR (Mar 2001). «Molecular enzymology of carnitine transfer and transport». Biochimica et Biophysica Acta 1546 (1): 21–43. DOI:10.1016/S0167-4838(01)00147-9. PMID 11257506.
  8. ↑ Hsiao YS, Jogl G, Tong L (Sep 2006). «Crystal structures of murine carnitine acetyltransferase in ternary complexes with its substrates». The Journal of Biological Chemistry 281 (38): 28480–7. DOI:10.1074/jbc.M602622200. PMID 16870616.
  9. ↑ Cronin CN (Sep 1997). «The conserved serine-threonine-serine motif of the carnitine acyltransferases is involved in carnitine binding and transition-state stabilization: a site-directed mutagenesis study». Biochemical and Biophysical Research Communications 238 (3): 784–9. DOI:10.1006/bbrc.1997.7390. PMID 9325168.
  10. ↑ Hsiao YS, Jogl G, Tong L (Jul 2004). «Structural and biochemical studies of the substrate selectivity of carnitine acetyltransferase». The Journal of Biological Chemistry 279 (30): 31584–9. DOI:10.1074/jbc.M403484200. PMID 15155726.
  11. ↑ Saeed A, McMillin JB, Wolkowicz PE, Brouillette WJ (Sep 1993). «Carnitine acyltransferase enzymic catalysis requires a positive charge on the carnitine cofactor». Archives of Biochemistry and Biophysics 305 (2): 307–12. DOI:10.1006/abbi.1993.1427. PMID 8373168.
  12. ↑ Dall'Acqua W, Carter P (Jan 2000). «Substrate-assisted catalysis: molecular basis and biological significance». Protein Science 9 (1): 1–9. DOI:10.1110/ps.9.1.1. PMID 10739241.
  13. ↑ Brunner S, Kramar K, Denhardt DT, Hofbauer R (Mar 1997). «Cloning and characterization of murine carnitine acetyltransferase: evidence for a requirement during cell cycle progression». The Biochemical Journal 322 (2): 403–10. DOI:10.1042/bj3220403. PMID 9065756.
  14. ↑ Anderson RC (Feb 1998). «Carnitine palmitoyltransferase: a viable target for the treatment of NIDDM?». Current Pharmaceutical Design 4 (1): 1–16. PMID 10197030.
  15. ↑ Giannessi F, Chiodi P, Marzi M, Minetti P, Pessotto P, De Angelis F, Tassoni E, Conti R, Giorgi F, Mabilia M, Dell'Uomo N, Muck S, Tinti MO, Carminati P, Arduini A (Jul 2001). «Reversible carnitine palmitoyltransferase inhibitors with broad chemical diversity as potential antidiabetic agents». Journal of Medicinal Chemistry 44 (15): 2383–6. DOI:10.1021/jm010889. PMID 11448219.
  16. ↑ Wagman AS, Nuss JM (Apr 2001). «Current therapies and emerging targets for the treatment of diabetes». Current Pharmaceutical Design 7 (6): 417–50. DOI:10.2174/1381612013397915. PMID 11281851.

Отрывок, характеризующий Карнитин-О-ацетилтрансфераза

– Ату – его, – послышался в это время протяжный крик одного из остановившихся борзятников. Он стоял на полубугре жнивья, подняв арапник, и еще раз повторил протяжно: – А – ту – его! (Звук этот и поднятый арапник означали то, что он видит перед собой лежащего зайца.)
– А, подозрил, кажется, – сказал небрежно Илагин. – Что же, потравим, граф!
– Да, подъехать надо… да – что ж, вместе? – отвечал Николай, вглядываясь в Ерзу и в красного Ругая дядюшки, в двух своих соперников, с которыми еще ни разу ему не удалось поровнять своих собак. «Ну что как с ушей оборвут мою Милку!» думал он, рядом с дядюшкой и Илагиным подвигаясь к зайцу.
– Матёрый? – спрашивал Илагин, подвигаясь к подозрившему охотнику, и не без волнения оглядываясь и подсвистывая Ерзу…
– А вы, Михаил Никанорыч? – обратился он к дядюшке.
Дядюшка ехал насупившись.
– Что мне соваться, ведь ваши – чистое дело марш! – по деревне за собаку плачены, ваши тысячные. Вы померяйте своих, а я посмотрю!
– Ругай! На, на, – крикнул он. – Ругаюшка! – прибавил он, невольно этим уменьшительным выражая свою нежность и надежду, возлагаемую на этого красного кобеля. Наташа видела и чувствовала скрываемое этими двумя стариками и ее братом волнение и сама волновалась.
Охотник на полугорке стоял с поднятым арапником, господа шагом подъезжали к нему; гончие, шедшие на самом горизонте, заворачивали прочь от зайца; охотники, не господа, тоже отъезжали. Всё двигалось медленно и степенно.
– Куда головой лежит? – спросил Николай, подъезжая шагов на сто к подозрившему охотнику. Но не успел еще охотник отвечать, как русак, чуя мороз к завтрашнему утру, не вылежал и вскочил. Стая гончих на смычках, с ревом, понеслась под гору за зайцем; со всех сторон борзые, не бывшие на сворах, бросились на гончих и к зайцу. Все эти медленно двигавшиеся охотники выжлятники с криком: стой! сбивая собак, борзятники с криком: ату! направляя собак – поскакали по полю. Спокойный Илагин, Николай, Наташа и дядюшка летели, сами не зная как и куда, видя только собак и зайца, и боясь только потерять хоть на мгновение из вида ход травли. Заяц попался матёрый и резвый. Вскочив, он не тотчас же поскакал, а повел ушами, прислушиваясь к крику и топоту, раздавшемуся вдруг со всех сторон. Он прыгнул раз десять не быстро, подпуская к себе собак, и наконец, выбрав направление и поняв опасность, приложил уши и понесся во все ноги. Он лежал на жнивьях, но впереди были зеленя, по которым было топко. Две собаки подозрившего охотника, бывшие ближе всех, первые воззрились и заложились за зайцем; но еще далеко не подвинулись к нему, как из за них вылетела Илагинская краснопегая Ерза, приблизилась на собаку расстояния, с страшной быстротой наддала, нацелившись на хвост зайца и думая, что она схватила его, покатилась кубарем. Заяц выгнул спину и наддал еще шибче. Из за Ерзы вынеслась широкозадая, чернопегая Милка и быстро стала спеть к зайцу.
– Милушка! матушка! – послышался торжествующий крик Николая. Казалось, сейчас ударит Милка и подхватит зайца, но она догнала и пронеслась. Русак отсел. Опять насела красавица Ерза и над самым хвостом русака повисла, как будто примеряясь как бы не ошибиться теперь, схватить за заднюю ляжку.
– Ерзанька! сестрица! – послышался плачущий, не свой голос Илагина. Ерза не вняла его мольбам. В тот самый момент, как надо было ждать, что она схватит русака, он вихнул и выкатил на рубеж между зеленями и жнивьем. Опять Ерза и Милка, как дышловая пара, выровнялись и стали спеть к зайцу; на рубеже русаку было легче, собаки не так быстро приближались к нему.
– Ругай! Ругаюшка! Чистое дело марш! – закричал в это время еще новый голос, и Ругай, красный, горбатый кобель дядюшки, вытягиваясь и выгибая спину, сравнялся с первыми двумя собаками, выдвинулся из за них, наддал с страшным самоотвержением уже над самым зайцем, сбил его с рубежа на зеленя, еще злей наддал другой раз по грязным зеленям, утопая по колена, и только видно было, как он кубарем, пачкая спину в грязь, покатился с зайцем. Звезда собак окружила его. Через минуту все стояли около столпившихся собак. Один счастливый дядюшка слез и отпазанчил. Потряхивая зайца, чтобы стекала кровь, он тревожно оглядывался, бегая глазами, не находя положения рукам и ногам, и говорил, сам не зная с кем и что.
«Вот это дело марш… вот собака… вот вытянул всех, и тысячных и рублевых – чистое дело марш!» говорил он, задыхаясь и злобно оглядываясь, как будто ругая кого то, как будто все были его враги, все его обижали, и только теперь наконец ему удалось оправдаться. «Вот вам и тысячные – чистое дело марш!»
– Ругай, на пазанку! – говорил он, кидая отрезанную лапку с налипшей землей; – заслужил – чистое дело марш!
– Она вымахалась, три угонки дала одна, – говорил Николай, тоже не слушая никого, и не заботясь о том, слушают ли его, или нет.
– Да это что же в поперечь! – говорил Илагинский стремянный.
– Да, как осеклась, так с угонки всякая дворняшка поймает, – говорил в то же время Илагин, красный, насилу переводивший дух от скачки и волнения. В то же время Наташа, не переводя духа, радостно и восторженно визжала так пронзительно, что в ушах звенело. Она этим визгом выражала всё то, что выражали и другие охотники своим единовременным разговором. И визг этот был так странен, что она сама должна бы была стыдиться этого дикого визга и все бы должны были удивиться ему, ежели бы это было в другое время.
Дядюшка сам второчил русака, ловко и бойко перекинул его через зад лошади, как бы упрекая всех этим перекидыванием, и с таким видом, что он и говорить ни с кем не хочет, сел на своего каураго и поехал прочь. Все, кроме его, грустные и оскорбленные, разъехались и только долго после могли притти в прежнее притворство равнодушия. Долго еще они поглядывали на красного Ругая, который с испачканной грязью, горбатой спиной, побрякивая железкой, с спокойным видом победителя шел за ногами лошади дядюшки.
«Что ж я такой же, как и все, когда дело не коснется до травли. Ну, а уж тут держись!» казалось Николаю, что говорил вид этой собаки.
Когда, долго после, дядюшка подъехал к Николаю и заговорил с ним, Николай был польщен тем, что дядюшка после всего, что было, еще удостоивает говорить с ним.


Когда ввечеру Илагин распростился с Николаем, Николай оказался на таком далеком расстоянии от дома, что он принял предложение дядюшки оставить охоту ночевать у него (у дядюшки), в его деревеньке Михайловке.
– И если бы заехали ко мне – чистое дело марш! – сказал дядюшка, еще бы того лучше; видите, погода мокрая, говорил дядюшка, отдохнули бы, графинечку бы отвезли в дрожках. – Предложение дядюшки было принято, за дрожками послали охотника в Отрадное; а Николай с Наташей и Петей поехали к дядюшке.
Человек пять, больших и малых, дворовых мужчин выбежало на парадное крыльцо встречать барина. Десятки женщин, старых, больших и малых, высунулись с заднего крыльца смотреть на подъезжавших охотников. Присутствие Наташи, женщины, барыни верхом, довело любопытство дворовых дядюшки до тех пределов, что многие, не стесняясь ее присутствием, подходили к ней, заглядывали ей в глаза и при ней делали о ней свои замечания, как о показываемом чуде, которое не человек, и не может слышать и понимать, что говорят о нем.
– Аринка, глянь ка, на бочькю сидит! Сама сидит, а подол болтается… Вишь рожок!
– Батюшки светы, ножик то…
– Вишь татарка!
– Как же ты не перекувыркнулась то? – говорила самая смелая, прямо уж обращаясь к Наташе.
Дядюшка слез с лошади у крыльца своего деревянного заросшего садом домика и оглянув своих домочадцев, крикнул повелительно, чтобы лишние отошли и чтобы было сделано всё нужное для приема гостей и охоты.
Всё разбежалось. Дядюшка снял Наташу с лошади и за руку провел ее по шатким досчатым ступеням крыльца. В доме, не отштукатуренном, с бревенчатыми стенами, было не очень чисто, – не видно было, чтобы цель живших людей состояла в том, чтобы не было пятен, но не было заметно запущенности.
В сенях пахло свежими яблоками, и висели волчьи и лисьи шкуры. Через переднюю дядюшка провел своих гостей в маленькую залу с складным столом и красными стульями, потом в гостиную с березовым круглым столом и диваном, потом в кабинет с оборванным диваном, истасканным ковром и с портретами Суворова, отца и матери хозяина и его самого в военном мундире. В кабинете слышался сильный запах табаку и собак. В кабинете дядюшка попросил гостей сесть и расположиться как дома, а сам вышел. Ругай с невычистившейся спиной вошел в кабинет и лег на диван, обчищая себя языком и зубами. Из кабинета шел коридор, в котором виднелись ширмы с прорванными занавесками. Из за ширм слышался женский смех и шопот. Наташа, Николай и Петя разделись и сели на диван. Петя облокотился на руку и тотчас же заснул; Наташа и Николай сидели молча. Лица их горели, они были очень голодны и очень веселы. Они поглядели друг на друга (после охоты, в комнате, Николай уже не считал нужным выказывать свое мужское превосходство перед своей сестрой); Наташа подмигнула брату и оба удерживались недолго и звонко расхохотались, не успев еще придумать предлога для своего смеха.
Немного погодя, дядюшка вошел в казакине, синих панталонах и маленьких сапогах. И Наташа почувствовала, что этот самый костюм, в котором она с удивлением и насмешкой видала дядюшку в Отрадном – был настоящий костюм, который был ничем не хуже сюртуков и фраков. Дядюшка был тоже весел; он не только не обиделся смеху брата и сестры (ему в голову не могло притти, чтобы могли смеяться над его жизнию), а сам присоединился к их беспричинному смеху.


Источник — «http://wiki-org.ru/wiki/index.php?title=Карнитин-О-ацетилтрансфераза&oldid=81375388»