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:
Acyl CoA dehydrogenases (ACADs) are a class of enzymes that function to catalyze the initial step in each cycle of fatty acid β oxidation in the mitochondria of cells. Their action results in the introduction of a trans double bond between C2 (α) and C3 (β) of the acyl CoA thioester substrate. Flavin adenine dinucleotide (FAD) is a required co factor in addition to the presence of an active site glutamate in order for the enzyme to function. The following reaction is the oxidation of the fatty acid by FAD to afford an α,β unsaturated fatty acid thioester of Coenzyme A:
ACADs can be categorized into three distinct groups based on their specificity for short , medium , or long chain fatty acid acyl CoA substrates. While different dehydrogenases target fatty acids of varying chain length, all types of ACADs are mechanistically similar. Differences in the enzyme occur based on the location of the active site along the amino acid sequence. nematodes, fungi, and bacteria. Five of these nine classes are involved in fatty acid β oxidation (SCAD, MCAD, LCAD, VLCAD, and VLCAD2), and the other four are involved in branched chain amino acid metabolism (i3VD, i2VD, GD, and iBD). Most acyl CoA dehydrogenases are α4 homotetramers, and in two cases (for very long chain fatty acid substrates) they are α2 homodimers. An additional class of acyl CoA dehydrogenase was discovered that catalyzes α,β unsaturation reactions with steroid CoA thioesters in certain types of bacteria. This class of ACAD was demonstrated to form α2β2 heterotetramers, rather than the usual α4 homotetramer, a protein architecture that evolved in order to accommodate a much larger steroid CoA substrate. ACADs are classified as .
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.