Введение

Класс ферментов, которые катализируют β-окисление жирных кислот в митохондриях Ацил-КоА дегидрогеназы (ACAD) - это класс ферментов, которые функционируют для катализирования начальной стадии в каждом цикле β-окисления жирных кислот в митохондриях клеток. Их действие приводит к введению транс- двойной связи между C2 (α) и C3 (β) ацил- CoA тиоэстерной субстрата. Флавин аденодин динуклеотид (FAD) является необходимым кофактором в дополнение к присутствию глутамата в активном месте для того, чтобы фермент функционировал. Следующая реакция - окисление жирной кислоты FAD для получения α,β-тиоэстера ненасыщенной жирной кислоты кофермента А: ACAD можно разделить на три отдельные группы на основе их специфичности для коротких, средних или длинных цепных ациловых субстратов жирных кислот CoA. В то время как различные дегидрогеназы нацелены на жирные кислоты с различной длиной цепи, все типы ACAD механически схожи. Различия в ферменте возникают в зависимости от расположения активного участка вдоль аминокислотной последовательности. нематоды, грибки и бактерии. Пять из этих девяти классов участвуют в окислении жирных кислот β (SCAD, MCAD, LCAD, VLCAD и VLCAD2), а остальные четыре участвуют в метаболизме аминокислот с разветвленной цепью (i3VD, i2VD, GD и iBD). Большинство ацил-КоА-дегидрогеназов являются α4-гомотетрамерами, а в двух случаях (для очень длинноцепочечных субстратов жирных кислот) они являются α2-гомодимерами. Было обнаружено дополнительный класс ацил-КоА дегидрогеназы, который катализирует α,β реакции ненасыщения с стероидными тиоэстерами КоА в некоторых типах бактерий. Этот класс ACAD был продемонстрирован для образования α2β2 гетеротетрамеров, а не обычного α4 гомотетрамера, белковой архитектуры, которая развилась для того, чтобы вместить гораздо больший стероидный CoA субстрат. ACAD классифицируются как .

Структура

Среднецепочечная ацил-КоА дегидрогеназа (MCAD) является наиболее известной структурой всех ACAD и является наиболее часто дефицитным ферментом в классе, который приводит к нарушениям обмена веществ у животных. Интерфейс между двумя мономерами одного димера ACAD содержит FAD-связывающие участки и имеет обширные взаимодействия связывания. Напротив, интерфейс между двумя димерами имеет меньше взаимодействий. В тетрамере в общей сложности 4 активных сайта, каждый из которых содержит одну молекулу FAD и сайт связывания ацил-КоА субстрата. Это дает в общей сложности четыре молекулы FAD и четыре места связывания ацил-КоА субстрата на фермент. FAD связывается между тремя доменами мономера, где доступна только нуклеотидная часть. Связывание с FAD в значительной степени способствует общей стабильности фермента. Ацил-КоА субстрат полностью связывается с каждым мономером фермента. Активный участок покрыт остатками F252, T255, V259, T96, T99, A100, L103, Y375, Y375 и E376. Область интереса внутри субстрата становится зажатой между Glu 376 и FAD, выстраивая молекулы в идеальное положение для реакции. Была обнаружена новая архитектура фермента ACAD в некоторых видах стероидных бактерий (Actinomycetota и Pseudomonadota), которая участвует в использовании вездесущих стероидных субстратов, таких как холестерин, патогенными организмами, такими как Mycobacterium tuberculosis. Генетически структура кодируется двумя отдельными генами (открытыми рамками чтения), которые образуют обязательный гетеротетрамический комплекс α2β2. Структура, скорее всего, была результатом эволюционного события, которое вызвало дублирование генов и частичную потерю функции, поскольку половина остатков связывания кофактора FAD находится в каждом гене и создает полный сайт связывания только тогда, когда они выражены вместе в виде комплекса. Это, вероятно, позволило значительно расширить связывающее место субстрата, чтобы вместить гораздо более крупные полициклические субстраты CoA, а не жирные кислоты с различной длиной цепи.

Механизм

Механизм ацил-КоА-дегидрогеназы проходит через удаление E2. Элеминация начинается с остатка глутамата, который, хотя и необходим для механизма, не консервируется. У человека наиболее распространенная естественная мутация MCAD находится в аминокислотном остатке Lys 304. Это может привести к симптомам недостатка, перечисленным выше.