A malát-dehidrogenáz () (MDH) a malát oxálacetáttá való oxidációját a NADH-vá történő redukciójával együtt reverzibilisen katalizáló enzim. E reakció számos anyagcsereút – például a citromsavciklus – része. Más, eltérő EC-számú malát-dehidrogenázok neve minősítővel rendelkezik, erre példa a malát-dehidrogenáz ().
Izozimek Számos izozimje létezik. Eukariótákban 2 fő izoformája van, egyikük a mitokondriumok mátrixában található a citromsavciklus malát oxidációját katalizáló alapvető enzimjeként, míg másikuk citoplazmatikus, ahol a malát–aszpartát-útban vesz részt redukáló ekvivalensek cseréjével, mely révén a malát a mitokondriális membránon áthaladva oxálacetáttá alakulhat további sejtfolyamatokban való részvételhez.
A legtöbb emlős – például az ember is – 2 malát-dehidrogenázt expresszál, a malát-dehidrogenáz 1-et és a malát-dehidrogenáz 2-t. Fehérjecsaládok A malát-dehidrogenáz-család tagjai az -laktát-dehidrogenáz- és az -2-hidroxiizokaproát-dehidrogenáz-család. Előbbi az -laktát piruváttá alakítását katalizálja, mely az anaerob glikolízis utolsó része. Ennek N-terminusa NAD-kötő Rossmann-redő, C-terminusa különleges α+β-redő. bélyegkép|A malát-dehidrogenáz zárt és nyílt mozgékony körrégiójának 3D-s kristályszerkezete. A zárt konformáció rózsaszínnel, a nyílt kékkel szerepel. Evolúció és szerkezet A legtöbb élőlény malát-dehidrogenáza homodimer, és a laktát-dehidrogenázzal (LDH) rokon szerkezetű. Nagy fehérje, alegységei 30–35 kDa közötti tömegűek. Az aminosav-szekvenciák alapján 2 fő filogenetikai csoportja van, melyek a mitokondriális vagy a citoplazmatikus vagy kloroplasztisz-izozimekkel rokonok. Mivel a mitokondriális malát-dehidrogenáz szekvenciája prokarióta őseiéivel közelebbi rokonságot mutat, mint a citoplazmatikus izozimmel, ez az endoszimbionta elmélet egy bizonyítéka. Az archeák MDH-inak aminosav-szekvenciái hasonlóbbak az LDH-éhoz, mint más élőlények MDH-ihoz, ez alapján a laktát- és malát-dehidrogenáz közt evolúciós kapcsolat állhat fenn.
A malát-dehidrogenáz-dimer minden alegysége 2, változó szerkezetű és funkciójú domént tartalmaz. Egy párhuzamos β-redős szerkezet alkotja a -kötő domént, míg 4 β-redő és 1 α-hélix a központi -kötőhelyet alkotják. Az egységeket jelentős hidrogénkötések és hidrofób kölcsönhatások kötik össze.
A malát-dehidrogenáz ezenkívül mobilis körrel is rendelkezik, mely az enzim katalitikus aktivitásában fontos. Több tanulmány kimutatta, hogy e kör nyíltból zárttá válása a szubsztrátkötés után növeli az MDH-katalízist a szubsztrát és a katalitikus aminosavak oldószertől való védelmével, és hogy e körrégió erősen állandósult. Mechanizmus bélyegkép|300px|A malát-dehidrogenáz aktív helye A malát-dehidrogenáz aktív helye hidrofób üreg a fehérjekomplexben speciális szubsztrát- és koenzim- (-) kötőhelyekkel. Az aktív MDH konformációváltozáson megy át, mely elzárja a szubsztrátot, minimalizálva az oldószernek való kitettséget és a fontos aminosavakat a szubsztráthoz közel helyezve. A katalitikus triádot alkotó 3 aminosav a hisztidin (His-195), az aszparaginsav (Asp-168), melyek protontranszferrendszert alkotnak, és 3 arginin (Arg-102, -109, -171), melyek a szubsztrátot körbeveszik.
Mechanikailag a malát-dehidrogenáz a hidroxilcsoport oxidációját katalizálja a -t elektronakceptorként használva. Ez az oxidációs lépés 1 proton és 1 hidridion eliminációját okozza a szubsztrátról. A hidridiont kap a nikotinamid-gyűrűre, és NADH-vá redukálódik, míg az enzim 195. aminosava (hisztidin) protont szerez. A pozitívan töltött hisztidint, mely a szubsztrát báziskatalízisében játszik szerepet, a 168. helyen lévő negatívan töltött aszparaginsav stabilizálja. Ez segíti a protontranszfer könnyítését. A 102., 109. és 171. helyen lévő protonált, így pozitív töltésű argininek elektrosztatikus katalízisben vesznek részt, és segítik a szubsztrát negatív töltésű karboxilátjainak kötését. Ezenkívül az argininek további szubsztrátspecificitást és hidrogénkötéseket biztosítanak a guanidínium-oldalláncok és a szubsztrát karboxilátjai közt.
Ezenkívül ismert egy mobilis köre is, mely a katalitikus aktivitásban vesz részt. Ez konformációváltozáson megy át a szubsztrát és a katalitikus aminosavak oldószertől való megvédéséhez a malát-dehidrogenáz:koenzim komplex szubsztráthoz való kötésekor. Ez az aktív helyet védő körfordulás segíti a katalitikus aminosavak jelentősebb kölcsönhatását is a szubsztráttal. Ezenkívül a kör mozgása összefügg az enzim sebességmeghatározó lépésével is. Funkció Reakció bélyegkép|400px|Általános malát-dehidrogenáz-katalizált malátoxidáció -redukcióval. A malát-dehidrogenáz a malát oxálacetáttá alakítását katalizálja. A citromsavciklusban ez az enzim felel az oxálacetát visszaállításáért. Ez a malát hidroxilcsoportjának oxidációjával és a redukciójával történik. A hidridion -ra való áthelyezése hasonlóképp történik a laktát- és alkohol-dehidrogenázban. A malát-dehidrogenáz ΔG'°-értéke +29,7 kJ/mol, sejten belül a ΔG 0 kJ/mol. Egyéb utak A malát-dehidrogenáz részt vesz a glükoneogenezisben, kisebb molekulák glükózzá alakításában. A piruvát a mitokondriumokban a piruvát-karboxiláz által katalizált reakcióban oxálacetáttá, a citromsavciklus köztitermékévé alakul. Az oxálacetát mitokondriumból való eltávolítása végett a malát-dehidrogenáz maláttá redukálja, mely a belső mitokondriális membránon áthalad. A citoszolban a malátot a citoszolikus malát-dehidrogenáz oxálacetáttá oxidálja vissza, végül a foszfoenolpiruvát-karboxikináz (PEPCK) az oxálacetátot foszfoenolpiroszőlősavvá (PEP) alakítja. Kinetika Kinetikai tanulmányok szerint a malát-dehidrogenáz enzimaktivitása rendezett. A / kofaktor az enzimhez a szubsztrát előtt kötődik. A malát Km-e, vagyis a maximális felével megegyező enzimaktivitást biztosító koncentrációja 2 mM. A Kcat . A pH hatása a katalitikus aktivitásra Ezenkívül a pH-értékek is befolyásolják a szubsztrátspecificitást a katalitikus mechanizmus protontranszfere révén. Egy 7,5-es pK-jú hisztidin játszhat ebben szerepet. Tanulmányok szerint az oxálacetát enolformájának kötése gyorsabban alakul ki magasabb pH mellett. Ezenkívül a -malát MDH-kötése erősebb lúgos környezetben. Ezért a nem protonált MDH elsősorban -maláthoz és az oxálacetát enolformájához kötődik. Ezzel szemben a -malát, a hidroximalonát és az oxálacetát ketonformája csak a protonált enzimhez kötődik. Pontosabban a hisztidin, ha protonált, képes hidrogénkötést létesíteni a szubsztrát karbonilcsoportjának oxigénjéhez, eltolva az elektronsűrűséget az oxigénről és növelve a hidrid általi nukleofil támadhatóságát. Ez növeli az MDH kötőképességét e szubsztrátokhoz. Ezért alacsonyabb pH esetén az MDH a -maláthoz, hidroximalonáthoz és keto-oxálacetáthoz kötődik elsősorban.
Allosztérikus szabályzás
Mivel a malát-dehidrogenáz a citromsavciklushoz szorosan kötődik, a citrát a malát-dehidrogenáz allosztérikus szabályzója az -malát- és -koncentrációk függvényében, amit több tanulmány is kimutatott. Ennek oka lehet a malát-dehidrogenáz kinetikus viselkedése magas oxálacetát- és -malát-koncentráció esetén. A citrát képes a malát-dehidrogenáz allosztérikus aktiválására és gátlására egyaránt. A citrát képes a -malát oxidációjának gátlására alacsony -malát- és -szint mellett. Azonban magasabb malát- és -szint esetén a citrát növelheti az oxálacetát-termelést. Bár a malát-dehidrogenázt általában reverzibilis enzimnek tekintik, létezhet allosztérikus szabályzóhelye, ahová a citrát köthet, és az egyensúlyt egyik vagy másik irányba eltolhatja.
A glutamát is inhibeálhatja a malát-dehidrogenáz aktivitását. Ezenkívül az α-ketoglutarát-dehidrogenáz kölcsönhathat a mitokondriális aszpartát-aminotranszferázzal komplexet alkotva, mely a malát-dehidrogenázzal hármas komplexet alkotva visszavonhatja a glutamát malát-dehidrogenáz-gátló hatását. Ezenkívül e komplex lehetővé teszi a glutamát aminotranszferázzal való reakcióját a malát-dehidrogenáz kölcsönhatása nélkül. E hármas komplex létrejötte továbbá lehetővé teszi az oxálacetát áthelyezését a malát-dehidrogenázról az aminotranszferázra. Kinetikailag a malát-dehidrogenáz α-ketoglutarát-dehidrogenáz–aszpartát-aminotranszferáz komplexhez való kötése növeli a malát-dehidrogenáz reakciósebességét, mivel a Km csökken a komplexbe kerüléskor. Jegyzetek
Fordítás
Források
További információk
Kategória:Enzimek