Carnitina-O-acetiltransferasa

Carnitina O-acetiltransferasa , también Carnitina acetiltransferasa , abr. CAT ( Carnitina O-acetiltransferasa , abreviatura CRAT  ) [ 1 ] ( EC 2.3.1.7 Archivado el 14 de diciembre de 2016 en Wayback Machine ) es una enzima del grupo de aciltransferasas que cataliza la transferencia de un grupo acetilo (CH 3 -CO ) de una molécula de acetilo -CoA a la molécula sustrato - carnitina y viceversa, cuando el sustrato ya es coenzima A , según la ecuación:

acetil-CoA + carnitina CoA-SH + O-acetilcarnitina [2] .

Los productos de reacción son acetilcarnitina y coenzima A (CoA-SH), respectivamente.

El gen que codifica esta enzima CRAT Archivado el 10 de septiembre de 2016 en Wayback Machine está localizado en el noveno cromosoma .

Se cree que las diferentes localizaciones subcelulares del ARNm de CRAT son el resultado del corte y empalme alternativo del gen que codifica esta enzima. El empalme alternativo conduce a la formación de tres isoformas, una de las cuales contiene una señal N-terminal para el transporte a la mitocondria y, según las observaciones, se localiza allí [3] .

Nomenclatura

Esta enzima pertenece a la familia de las aciltransferasas que catalizan la transferencia de un grupo acetilo de una molécula de acetil-CoA a una molécula de sustrato, la carnitina, y viceversa. El nombre sistemático de la enzima es carnitina-O-acetiltransferasa. Otros nombres para la enzima: Acetil-CoA carnitina transferasa, carnitina acetil-CoA transferasa, acetil carnitina transferasa, etc.

Estructura

La carnitina acetiltransferasa tiene un peso molecular en el rango de 70 kDa y contiene aproximadamente 600 residuos de aminoácidos . CRAT consta de dos dominios, el dominio N y el dominio C, que consta de 20 hélices α y 16 hebras β. El dominio N consta de una lámina β de ocho hebras flanqueada por 8 hélices α. 6 hebras β mixtas y 11 hélices α forman un dominio C.

Si comparamos la estructura de los núcleos (núcleo) de los dos dominios de la enzima, entonces existe una similitud significativa en el plegamiento de la columna vertebral del péptido, y esto se debe al hecho de que solo el 4% de los aminoácidos que forman estos esqueletos peptídicos se corresponden entre sí, es decir, tienen la misma secuencia [1] .

Centro activo

La función del centro catalítico CRAT la realiza un residuo de histidina , His343 [4] . Se encuentra en la unión de los dominios C y N, casi en el centro del CRAT. La cadena lateral de His343 está ubicada de manera desigual, el átomo de nitrógeno δ 1 del anillo de histidina está conectado por un enlace de hidrógeno con el oxígeno del carbonilo del esqueleto de aminoácidos [1] [5] [6] .

Centro de encuadernación CoA

Dado que CRAT se une a CoA y no a acetil-CoA, se puede concluir que CRAT tiene la capacidad de hidrolizar acetil-CoA antes de interactuar con una molécula de coenzima A libre en el sitio de unión. CoA se une al sitio activo en una conformación lineal, el brazo pantoténico (parte terminal de la molécula). El grupo terminal SH-tiol en el llamado brazo de pantoteno y el átomo de nitrógeno ε 2 de la cadena lateral del centro catalítico His343 forman un enlace de hidrógeno . También se produce la unión entre el grupo 3'-fosfato de la CoA y los residuos de aminoácidos Lys419 y Lys423 . Además, en el sitio de unión, los residuos de Asp430 y Glu453 forman un enlace de hidrógeno entre sí. Si alguno de los residuos de aminoácidos se reemplaza como resultado de una mutación , esto puede conducir a una disminución en la actividad CRAT [7] [8] .

Centro de unión de carnitina

La carnitina se une a la enzima en forma parcialmente plegada, sus grupos funcionales (hidroxilo y carboxilo) están dirigidos en diferentes direcciones. El sitio de unión en sí consiste en la hoja β del dominio C y, en particular, en los residuos de aminoácidos del dominio N. Después de la unión, la cara de la carnitina permanece abierta en el espacio fuera de la enzima. Al igual que la coenzima A, la carnitina forma un enlace de hidrógeno con el átomo de nitrógeno ε 2 en el residuo His343 . En el caso de la carnitina, el enlace se forma con el grupo 3 - hidroxilo (3-OH). La catálisis de esta enzima es estereoespecífica para la carnitina, ya que el estereoisómero del grupo 3-OH no puede interactuar completamente con el sitio de unión de la carnitina de CRAT. La propia enzima sufre cambios de conformación menores cuando se une a la carnitina [1] [9] [10] .

Funciones

El residuo de aminoácido His343 del centro activo de la enzima es capaz de catalizar la reacción de acetilación de la carnitina al desprotonar el SH terminal (terminal) - grupo tiol de la coenzima A o 3-OH - grupo hidroxilo de la carnitina, dependiendo de la dirección de la reacción. La estructura CRAT optimiza tales reacciones al formar enlaces de hidrógeno directos entre el residuo His343 y ambos sustratos (coenzima A y carnitina). Después de eso, el grupo desprotonado puede atacar libremente al grupo acetilo de la CoA o al grupo COOH de la acetilcarnitina. La reacción transcurre directamente, sin la formación del intermedio His343-acetilo (producto intermedio).

Hidrólisis

Es muy posible que la catálisis pueda proceder con sólo uno de los dos sustratos. Si cualquier molécula de acetil-CoA o acetilcarnitina se une a CRAT, entonces las moléculas de agua pueden ocupar otros sitios de unión, así como el grupo acetilo (CH 3 -CO) del aceptor.

Sustrato-catálisis auxiliar

Hay datos de la literatura que indican que el grupo -N + -(CH 3 ) 3 -trimetilamonio de la carnitina puede ser un factor decisivo en la catálisis CRAT. El grupo trimetilamonio presenta carga positiva, lo que estabiliza al oxianión en la reacción de obtención de un intermedio (compuesto intermedio). Esta idea está respaldada por el hecho de que la carga positiva de la carnitina no es necesaria para la unión activa, pero es vital para que continúe la catálisis. Esto ha sido probado en la catálisis de un análogo de carnitina que carece de un grupo trimetilamonio. Dicho compuesto pudo competir con la carnitina y unirse a CRAT, sin embargo, no logró provocar una reacción [11] . El advenimiento de la catálisis asistida por sustrato abre nuevas estrategias para aumentar la especificidad del sustrato sintético [12] .

Funciones biológicas

La carnitina acetiltransferasa participa en el metabolismo de la alanina y el aspartato . Existe evidencia de que se requiere actividad CRAT para llevar a cabo la transición del ciclo celular de la fase G1 a la S [13] .

Importancia médica

Quienes heredan una deficiencia de la actividad de CRAT tienen un mayor riesgo de desarrollar enfermedades cardíacas y neurológicas graves [1] .

Se encuentra una disminución en la actividad enzimática en individuos que padecen la enfermedad de Alzheimer [1] .

CRAT y su familia de enzimas tienen un gran potencial como dianas para el desarrollo de tratamientos terapéuticos para la diabetes tipo 2 y otras enfermedades [14] [15] [16] .

Interacciones con otras proteínas

Se sabe que CRAT interactúa con las proteínas NEDD8 , PEX5 y SUMO1 [3] .

Notas

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Jogl G., Tong L. Estructura cristalina de la carnitina acetiltransferasa e implicaciones para el mecanismo catalítico y el transporte de ácidos grasos  // Cell  :  journal. - Cell Press , 2003. - Enero ( vol. 112 , no. 1 ). - pág. 113-122 . -doi : 10.1016 / S0092-8674(02)01228-X . —PMID 12526798 .
2. ↑ Bieber LL Carnitina  // Revisión  anual de bioquímica : diario. - 1988. - vol. 57 . - pág. 261-283 . -doi : 10.1146 / annurev.bi.57.070188.001401 . —PMID 3052273 .
3. ↑ 1 2 Entrez Gen: CRAT carnitina acetiltransferasa . (indefinido)
4. ↑ McGarry JD, Brown NF El sistema mitocondrial carnitina palmitoiltransferasa. Del concepto al análisis molecular  (ing.)  // Revista Europea de Bioquímica / FEBS : diario. - 1997. - febrero ( vol. 244 , n. 1 ). - Pág. 1-14 . -doi : 10.1111 / j.1432-1033.1997.00001.x . —PMID 9063439 .
5. ↑ Jogl G., Hsiao YS, Tong L. Estructura y función de las carnitina aciltransferasas  //  Annals of the New York Academy of Sciences : diario. - 2004. - noviembre ( vol. 1033 ). - P. 17-29 . -doi : 10.1196/ anals.1320.002 . — PMID 15591000 .
6. ↑ Wu D., Govindasamy L., Lian W., Gu Y., Kukar T., Agbandje-McKenna M., McKenna R. Estructura de la carnitina acetiltransferasa humana. Base molecular para la transferencia de acilo graso  (inglés)  // The Journal of Biological Chemistry  : revista. - 2003. - abril ( vol. 278 , n. 15 ). - Pág. 13159-13165 . -doi : 10.1074/ jbc.M212356200 . —PMID 12562770 .
7. ↑ Ramsay RR, Gandour RD, van der Leij FR Enzimología molecular de transferencia y transporte de carnitina  //  Biochimica et Biophysica Acta : diario. - 2001. - marzo ( vol. 1546 , n. 1 ). - P. 21-43 . - doi : 10.1016/S0167-4838(01)00147-9 . —PMID 11257506 .
8. ↑ Hsiao YS, Jogl G., Tong L. Estructuras cristalinas de carnitina acetiltransferasa murina en complejos ternarios con sus sustratos  // The  Journal of Biological Chemistry  : revista. - 2006. - Septiembre ( vol. 281 , no. 38 ). - Pág. 28480-28487 . -doi : 10.1074/ jbc.M602622200 . —PMID 16870616 .
9. ↑ Cronin CN El motivo conservado de serina-treonina-serina de las carnitina aciltransferasas está involucrado en la unión de carnitina y la estabilización del estado de transición: un estudio de mutagénesis dirigida al sitio   // Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica : diario. - 1997. - Septiembre ( vol. 238 , n. 3 ). - P. 784-789 . -doi : 10.1006 / bbrc.1997.7390 . — PMID 9325168 .
10. ↑ Hsiao YS, Jogl G., Tong L. Estudios estructurales y bioquímicos de la selectividad de sustrato de la carnitina acetiltransferasa  // The  Journal of Biological Chemistry  : revista. - 2004. - julio ( vol. 279 , n. 30 ). - Pág. 31584-31589 . -doi : 10.1074/ jbc.M403484200 . —PMID 15155726 .
11. ↑ Saeed A., McMillin JB, Wolkowicz PE, Brouillette WJ La catálisis enzimática de carnitina aciltransferasa requiere una carga positiva en el cofactor de carnitina  //  Archivos de bioquímica y biofísica : diario. - Elsevier , 1993. - Septiembre ( vol. 305 , no. 2 ). - P. 307-312 . -doi : 10.1006/ abbi.1993.1427 . —PMID 8373168 .
12. ↑ Dall'Acqua W., Carter P. Catálisis asistida por sustrato  : base molecular y significado biológico  // Ciencia de las proteínas : diario. - 2000. - enero ( vol. 9 , no. 1 ). - P. 1-9 . -doi : 10.1110 / ps.9.1.1 . — PMID 10739241 .
13. ↑ Brunner S., Kramar K., Denhardt DT, Hofbauer R. Clonación y caracterización de carnitina acetiltransferasa murina: evidencia de un requisito durante la progresión del ciclo celular  //  The Biochemical Journal : diario. - 1997. - marzo ( vol. 322 , n. 2 ). - Pág. 403-410 . -doi : 10.1042/ bj3220403 . —PMID 9065756 .
14. ^ Anderson RC Carnitina palmitoiltransferasa: ¿un objetivo viable para el tratamiento de NIDDM? (Español)  // Diseño Farmacéutico Actual : diario. - 1998. - febrero ( vol. 4 , no. 1 ). - P. 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. Inhibidores reversibles de carnitina palmitoiltransferasa con amplia diversidad química como posibles agentes antidiabéticos  //  Journal of Medicinal Chemistry : diario. - 2001. - julio ( vol. 44 , no. 15 ). - P. 2383-2386 . -doi : 10.1021/ jm010889 . — PMID 11448219 .
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