Кіріспе

Митохондриядағы май қышқылдарының β-окисденуін катализалайтын ферменттер класы Ацил-КоА дегидрогеназалары (АКАД) - жасушалардың митохондриясындағы май қышқылдарының β-окисденуінің әрбір циклының бастапқы сатысын катализалау үшін жұмыс істейтін ферменттер класы. Олардың әсері ацил CoA тиоэстер субстратының C2 (α) және C3 (β) арасында транс қос байланыстың пайда болуына әкеледі. Фермент жұмыс істеуі үшін белсенді орынның глютаматынан басқа, флавин аденоин динуклеотиді (FAD) қажетті кофактор болып табылады. Келесі реакция - FAD арқылы май қышқылдарының тотығу процесінде α,β қанықпаған май қышқылдарының тиоэстерін алу. ACAD-тар қысқа, орта немесе ұзақ тізбекті май қышқылдарының ацил CoA субстраттарына тән ерекшелігіне байланысты үш топқа бөлінеді. Әр түрлі дегидрогеназалар әр түрлі тізбек ұзындығы бар май қышқылдарын нысанаға алса да, ACAD-ның барлық түрлері механикалық жағынан ұқсас. Ферменттегі айырмашылықтар белсенді орынның аминқышқылдар тізбекіндегі орналасуына байланысты болады. Нематодалар, саңырауқұлақтар және бактериялар. Осы тоғыз кластың бесеуі май қышқылдарының β-окистенуіне қатысады (SCAD, MCAD, LCAD, VLCAD және VLCAD2), ал қалған төртеуі тармақталған тізбекті амин қышқылдарының метаболизміне қатысады (i3VD, i2VD, GD және iBD). Көптеген ацил-КоА дегидрогеназалары α4 гомотетрамерлері болып табылады, ал екі жағдайда (өте ұзақ тізбекті май қышқылдарының субстраттары үшін) олар α2 гомодимерлері болып табылады. Ацил- CoA дегидрогеназаның қосымша класы белгілі бір бактерияларда стероидтық CoA тиоэстерлерімен α,β қанықпау реакцияларын катализдейтінін анықтады. ACAD- ның бұл класы әдеттегі α4 гомотетрамерінің орнына α2β2 гетеротетрамерін, яғни стероидтық CoA субстратты көп мөлшерде қабылдау үшін дамыған ақуыздық архитектураны қалыптастыратыны дәлелденді. ACAD-тар мынадай түрде жіктеледі:

Құрылымы

Орташа тізбекті ацил CoA дегидрогеназасы (MCAD) барлық ACAD-тердің ең жақсы белгілі құрылымы болып табылады және жануарларда зат алмасу бұзылыстарына әкелетін класта ең жиі жетіспейтін фермент болып табылады. ACAD-тің бір димерінің екі мономері арасындағы интерфейсте FAD байланысу орындары бар және кең байлау өзара әрекеттесулері бар. Ал екі димердің арасындағы интерфейсте өзара әрекеттесулер аз. Тетрамерде барлығы 4 белсенді сайт бар, олардың әрқайсысында бір FAD молекуласы мен ацил CoA субстратты байлау орны бар. Бұл ферментке жалпы төрт FAD молекуласы мен төрт ацил- CoA субстратты байлау орнын береді. FAD мономердің үш доменінің арасында байланысады, онда тек нуклеотид бөлігі қолжетімді. FAD- тің байланысуы ферменттің тұрақтылығына елеулі ықпал етеді. Ацил- CoA субстраты ферменттің әрбір мономеріне толықтай байланады. Белсенді орын F252, T255, V259, T96, T99, A100, L103, Y375, Y375 және E376 қалдықтарымен қапталған. Субстраттың ішіндегі қызығушылық аймағы Glu 376 және FAD арасында тұйықталып, молекулаларды реакция үшін идеалдық жағдайға келтіреді. Стеридтерді пайдаланатын бактериялардың кейбір түрлерінде (Actinomycetota және Pseudomonadota) ACAD ферментінің жаңа архитектурасы ашылды және Mycobacterium tuberculosis сияқты патогендік организмдер холестерин сияқты барлық жерде кездесетін стероидтық субстраттарды пайдалануға қатысады. Генетикалық тұрғыдан, құрылым екі бөлек генмен (ашық оқу фреймдері) кодталады, олар міндетті α2β2 гетеротетрамикалық кешенді құрайды. Құрылымы геннің дупликациясын және функцияның ішінара жоғалуын туғызған эволюциялық оқиғаның нәтижесі болуы мүмкін, өйткені FAD кофакторының жартысы әр генде бар және олар кешен ретінде бірге экспрессияланған кезде ғана толық байланысу орнын жасайды. Бұл субстратты байлау орнының әр түрлі тізбек ұзындығы бар май қышқылдарына қарағанда, әлдеқайда үлкен полициклді CoA субстраттарын орналастыру үшін едәуір ашылуына мүмкіндік берді.

Механизм

Ацил- CoA дегидрогеназа механизмі E2 шығару арқылы жүреді. Бұл шығарылуды глутамат қалдықтары бастайды, ол механизм үшін қажет болса да, сақталмайды. Адамда MCAD- ның табиғи түрде жиі кездесетін мутациясы амин қышқылының қалдығы Lys 304 - те орналасқан. Бұл жоғарыда аталған жетіспеушілік белгілеріне әкелуі мүмкін.