Кіріспе

Ацетил- КоА карбоксилаза (АКК) - бұл биотинге тәуелді фермент, ол ацетил- КоА- ның кері қайтарымсыз карбоксиллануын екі каталитикалық әрекеті - биотин карбоксилазасы (БК) және карбоксилтрансфераза (КТ) арқылы малонил- КоА- ні өндіру үшін катализдейді. АСК - көпшілік прокариоттардағы және өсімдіктер мен балдырлардың хлоропластарындағы көпшілік суббұрыш фермент, ал көпшілік эукариоттардың цитоплазмасындағы үлкен, көп доменді фермент. АСК- ның ең маңызды қызметі май қышқылдарының биосинтезі үшін малонил- КоА субстратын қамтамасыз ету болып табылады. АХК белсенділігі транскрипциялық деңгейде, сондай-ақ шағын молекулалық модуляторлар мен ковалентті модификация арқылы бақылана алады. Адамның геномында екі түрлі ACCs ACCA және ACACB гендері бар.

Құрылымы

Прокариоттар мен өсімдіктерде бірнеше полипептидтерден тұратын көп суббірлік АСК-лар бар. Биотин карбоксилазасының (BC) белсенділігі, биотин карбоксил тасымалдаушы ақуыздың (BCCP) және карбоксил трансферзасының (CT) белсенділігі әрқайсысы әр түрлі кіші бірлікте болады. АХК-ның осы кіші бірліктерінің стехиометриясы организмдер арасында әр түрлі. АХК- ның N- терминалынан C- терминалына дейінгі функционалдық аймақтары: биотин карбоксилазасы (BC), биотинге байлану (BB), карбоксил трансферазасы (CT) және АТФ- ге байлану (AB). АВ БС-нің ішінде жатыр. Биотин амидтік байланысы арқылы лизиннің ұзын бүйірлік тізбегіне ковалентті түрде қосылады. BB BC және CT аймақтарының арасында болғандықтан, биотин қажетті екі белсенді сайтқа да оңай ауыса алады. АХК- ның екі изоформасы экспрессияланатын сүтқоректілерде бұл изоформалар арасындағы негізгі құрылымдық айырмашылық митохондриялық мақсатты тізбекті қамтитын кеңейтілген АХК2 N терминалы болып табылады. және accD бета-кіші бірлігін кодтайды.

Механизм

ACAC ((A,B) жалпы реакциясы екі кезеңді механизммен жүреді. Бірінші реакцияны БК жүргізеді және ол биотинді АТФ-ға тәуелді карбоксилдеуді, ал бикарбонат СО2 көзі ретінде қызмет етеді. Екінші реакцияда карбоксил тобы биотиннен ацетил-коагенге көшіріліп, малонил-коагенді құрайды, оны КТ катализациялайды. Белсенді жерде реакция Glu296 және оң зарядталған Arg338 және Arg292 қалдықтарының субстраттармен кеңінен өзара әрекеттесуімен жүреді. Екі Mg2+ АТФ-дағы фосфат топтарымен үйлестіріледі және АТФ ферментпен байланысу үшін қажет. Бикарбонат Glu296 арқылы депротондалады, бірақ ерітіндіде бұл протонның көшірілуі мүмкін емес, өйткені бикарбонат pKa 10,3. Фермент бикарбонат депротондауды жеңілдету үшін pKa-ны басқарады. Бикарбонаттың pKa-сы Arg338 және Arg292 оң зарядталған бүйірлік тізбектерімен өзара әрекеттесуімен төмендейді. Сонымен қатар, Glu296 Glu211- нің бүйірлік тізбегімен өзара әрекеттеседі, бұл өзара әрекеттесудің пайда болуы pKa- ның көбеюіне әкеп соғады. Бикарбонат депротондалғаннан кейін бикарбонат оттегісі нуклеофил ретінде әрекет етіп, АТФ-дағы гамма-фосфатқа шабуыл жасайды. Карбоксифосфат аралық тез СО2 және ПО43- болып ыдырайды. PO43− биотинді депротондайды, ол Arg338 тұрақтандырған энолатты жасайды, ол кейіннен СО2-ге шабуыл жасайды, нәтижесінде карбоксибиотин өндіріледі. Скелет бұлшық еттері мен жүрек сияқты тотықтырғыш тіндерде АСК2 экспрессиясының қатынасы жоғары. ACC1 және ACC2 екеуі де май қышқылдарының окистенуі мен синтезі маңызды болған бауырда жоғары экспрессияға ие. Тіндердегі үлестірілімдегі айырмашылықтар ACC1 май қышқылдарының синтезін реттейді, ал ACC2 негізінен май қышқылдарының тотығуын (бета- тотығу) реттейді. АХС1 митохондриялық изоформасы (mACC1) липо қышқылы синтезде және осылайша ақуыз липофилирлеуде ішінара артық рөл атқарады, өйткені митохондриялық май қышқылы синтезіне (mtFASII) малонил- КоА- ны АХСФ3- мен қатар береді.

Реттеу

сүтқоректілердің АСК- ні реттеу күрделі, бұл бета- окистенуді тежеуге немесе липид биосинтезін белсендіруге бағытталған екі бөлек малонил- КоА тобын бақылау үшін қажет. Алостеритті цитрат АСК- ні алостериттік жолмен белсендіреді. Цитрат ферменттік белсенділікті арттыру үшін АСК полимерлендіруді арттыра алады; алайда полимерлендіру цитраттың АСК белсенділігін арттырудың негізгі механизмі ме, әлде полимерлендіру ин витро эксперименттерінің артефакті ме - белгісіз. Басқа аллостерикалық активаторларға глутамат және басқа да дикарбоксилді қышқылдар жатады. Ұзын және қысқа тізбекті акцил- коазидтер АСК- нің теріс кері байланыс ингибиторлары болып табылады. Мұндай теріс аллостерикалық модуляторлардың бірі - палмитоил-коА. Фосфорилирлеу глюкагон немесе эпинефрин гормондары жасушалар бетіндегі рецепторларға байланғанда пайда болуы мүмкін, бірақ фосфорилирлеудің негізгі себебі жасушаның энергиялық жағдайы төмен болған кезде АМФ деңгейінің көтерілуі, бұл АМФ белсендірілген протеинкиназаның (АМФК) белсендірілуіне әкеледі. AMPK - ACC- нің негізгі киназалық регуляторы, ACC- нің екі изоформасында да бірқатар серин қалдықтарын фосфорилирлеуге қабілетті. ACC1-де AMPK Ser79, Ser1200 және Ser1215 фосфорилиттерін алады. А протеинкиназасы А-ның АСК-ны фосфорилдеу қабілеті де бар, АСК-ның АСК-нан гөрі АСК-ның АСК-ны фосфорилдеу қабілеті әлдеқайда жоғары. АСК1-дегі Ser80 және Ser1263 сонымен қатар реттеуші механизм ретінде фосфорилирлеу орны ретінде қызмет ете алады. Алайда, AКК- ні реттеудегі А протеинкиназасының физиологиялық маңызы әзірге белгісіз. Зерттеушілер АСК-да көптеген басқа да ықтимал фосфорилдану орындары бар болғандықтан, оны реттеу үшін маңызды басқа да АСК киназалары бар деп болжайды. Инсулин жасушалық мембранадағы рецепторларына қосылғанда, ол ферментті фосфорилдеу үшін протеинфосфатаза 2А (PP2A) деп аталатын фосфатаза ферментін белсендіреді, осылайша ингибиторлық әсерді жояды. Сонымен қатар инсулин фосфодиэстеразаны индукциялайды, ол клеткадағы cAMP деңгейін төмендетеді, осылайша PKA ингибируді және сонымен қатар AMPK- ні тікелей ингибируді жүзеге асырады. Бұл белок морфеиннің аллостерикалық реттеу моделін қолдана алады.

Клиникалық әсері

Липид синтезі мен тотығу жолдарының түйісуінде АКК жаңа антибиотиктер өндіру және диабет, семіздік және метаболикалық синдромның басқа да көріністеріне қарсы жаңа терапияларды әзірлеу үшін көптеген клиникалық мүмкіндіктер ұсынады. Зерттеушілер бактериялық және адамдағы АКС арасындағы құрылымдық айырмашылықтарды пайдаланып, бактериялық АКС-қа тән антибиотиктерді жасауды мақсат етеді, бұл пациенттерге жанама әсерлерді азайтуға бағытталған. ACC ингибиторларының тиімділігі бойынша үмітті нәтижелерге ACC2 экспрессиясы жоқ тышқандарда май қышқылдарының үздіксіз тотығуы, денедегі май массасының төмендеуі және тамақ тұтынудың артуына қарамастан дене салмағының төмендеуі жатады. Бұл тышқандар қант диабетіне де қарсы қорғалған. Мутант тышқандарда АСК1 жетіспеушілігі эмбриональды кезеңде өлімге әкеледі. Алайда, адамдағы ACC- ге бағытталған препараттардың ACC2- ге тән болуы керектігі белгісіз. Firsocostat (бұрын GS 976, ND 630, NDI 010976) - бұл АСК- нің BC доменінде әрекет ететін күшті аллостериялық АСК ингибиторы. Фирсокостат 2019 жылы (II кезең) Gilead фармацевтикалық компаниясы алкогольдік емес стеатогепатит (NASH) үшін комбинациялық емдеудің бөлігі ретінде әзірленуде, бұл бауыр жетіспеушілігінің көбейіп бара жатқан себебі деп есептеледі. Сонымен қатар, өсімдіктердің селективті ACC ингибиторлары гербицид ретінде кеңінен қолданылады, бұл өсімдіктерден алынған ACC изоформасына, соның ішінде безгекке байланысты Apicomplexa паразиттеріне қарсы клиникалық қолдануды ұсынады. АКСФ3 жетіспеушілігіне байланысты метаболикалық аурудың біріктірілген малоникалық және метилмалоникалық ацидуриясының (CMAMMA) гетерогенді клиникалық фенотиптері митохондриялық май қышқылдарының синтездеуінде АКСФ3 жетіспеушілігіне ACC1 (mACC1) митохондриялық изоформасының ішінара компенсациясынан (mtFASII) туындайды деп есептеледі.