A mitokondriális akonitáz 2 fehérje, melyet emberben az ACO2 gén kódol. Szerkezet Másodlagos szerkezete váltakozó α-hélixekből és β-redőkből áll (SCOP-osztályozás: α/β váltakozó). Harmadlagos szerkezete alapján az aktív hely az enzim közepén van, és mivel csak 1 alegység van, nincs negyedleges szerkezet. Az akonitáz 4 doménből áll, közülük 3 szorosan egymás mellett található, a 4. rugalmasabb, lehetővé téve konformációs változásokat. 4Fe–4S vas-kén csoportot tartalmaz. Ez nem a redoxirendszerekben tipikus funkcióját tölti be a redoxireakciókban való részvétellel, hanem a citrát hidroxilcsoportjának eliminációját könnyíti meg a csoportot meghatározott konformációban és elrendezésben tartva. Ide kötődik a citrát vagy az izocitrát a katalízis könnyítéséhez. Az aktív hely többi részei a Gln72, Asp100, His101, Asp165, Ser166, His167, His147, Glu262, Asn258, Cys358, Cys421, Cys424, Cys358, Cys421, Asn446, Arg447, Arg452, Asp568, Ser642, Ser643, Arg644, Arg580 aminosavakból áll, ezek funkciója 1994-ben ismeretlen volt. Ezenkívül az Asp572 a 679. és 684., az Asp575 a 656., a Phe571 a 679. helyen lévő argininnel képez π–π és kation–π kölcsönhatásokkal sóhidat. Funkció A gén által kódolt fehérje az akonitáz/IPM-izomeráz családba tartozik. A citrát izocitráttá alakítását katalizálja cisz-akonitáton keresztül a citromsavciklus második lépésében. E fehérjét a sejtmagon belül a 22. kromoszóma kódolja, és a mitokondriumban működik. E fehérje egyike a szerinproteáz 15 (PRSS15), más néven Lon-proteáz által oxidáció után könnyen lebontott fehérjéknek. Mechanizmus Bár mindkét akonitázforma hasonló funkciókat tölt be, a legtöbb tanulmány az ACO2-t vizsgálja. A vas-kén (4Fe-4S) kofaktort a 385., 448. és 451. ciszteinek kénatomjai tartják helyben, melyek a 4 vasból 3-hoz kötődnek. A 4. vasatom a csoportban vízzel együtt van az aktív enzimben. Ez 1, 2 vagy 3 partnerhez kötődik. a reakcióban a külső metabolitok oxigénatomjai mindig érintettek. A nem szubsztrátkötött ACO2 vas-kén csoportja az egyik vassal való kölcsönhatáson keresztül hidroxilcsoporthoz kötődik. Mikor szubsztrát kötődik hozzá, e csoport protonálódik, és a 101. hisztidinnel hidrogénkötést alakít ki, mely lehetővé teszi számára, hogy vizet képezzen. Ezenkívül a protont a 167. hisztidin is adhatja, mivel ez vízhez kötődik hidrogénkötéssel. Ez a csoportban kötött vízhez is hidrogénkötéssel kapcsolódik. A 101. hisztidin a 100. aszparaginsavval, a 167. a 262. glutaminsavval képez párt, és mindkettő könnyen protonálható. A szubsztrátkötéssel összefüggő konformációváltozás átrendezi a csoportot. A citrátról vagy izocitrátról protont eltávolító aminosav a 642. szerin. Ez a cisz-akonitát köztiterméket, a deprotonálódás közvetlen eredményét adja. Ezután a cisz-akonitát kettős kötésének rehidratációja adja a terméket.
Klinikai jelentőség Egy, az akonitázzal összefüggő súlyos betegség az akonitázhiány.Orphanet, "Aconitase deficiency," April 2008, http://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?lng=EN&Expert=43115 Ennek oka a vas-kén csoportot, melytől az akonitáz aktivitása függ, felépítő vas-kén csoport-támasztófehérje (ISCU) génjének mutációja. Fő tünetei miopátia és aktivitásintolerancia – néhány betegnél a fizikai megterhelés halálos is lehet, mivel keringési sokkhoz vezethet. E betegségnek nincs ismert kezelése.
Egy másik, akonitázzal összefüggő betegség a Friedreich-ataxia (FRDA), melynek oka az akonitáz és a szukcinát-dehidrogenáz Fe–S-fehérjék csökkent aktivitása. E kapcsolat lehetséges mechanizmusa, hogy e két fehérje csökkent Fe–S-aktivitása a mitokondriumok magasabb és a sejtplazma alacsonyabb vaskoncentrációjával függ össze, mely felborítja a vashomeosztázist. Ez okozza a neurodegeneratív FRDA-t, melynek nincs hatásos kezelése.
Ezenkívül az akonitáz összefügghet a cukorbetegséggel is. Bár a pontos kapcsolat nem teljesen ismert, több elmélet van. Egy alloxánnal kísérletileg indukált és genetikai cukorbetegséggel rendelkező egerek szervein végzett tanulmány szerint az alacsonyabb akonitázaktivitás olyan anyagcsere-reakciók lassulásával járt, melyekben a citrát, a piruvát és a malát szerepelnek. Ezenkívül különösen magas citrátszintet mutattak ki. Mivel ezeket cukorbeteg egerekben mutatták ki, a tanulmány kimutatta, hogy az alacsony akonitázaktivitás összefügghet a genetikai és az alloxán miatti cukorbetegséggel is. Egy másik elmélet szerint a cukorbeteg szívben a fehérjekináz C általi gyorsabb akonitázfoszforiláció felgyorsítja a fordított reakciót az előre irányulóhoz képest. Ez azt jelenti, hogy az izocitrát gyorsabban alakul a normálisnál vissza cisz-akonitáttá, de az előre történő reakció a szokásos sebességgel történik. Ez a cukorbetegségben jelentkező anyagcserezavarhoz is hozzájárulhat.
Az ACO2 számos betegséggel függ össze, mivel közvetlenül érintett a glükóz adenozin-trifoszfáttá alakításában, vagyis a központi anyagcsereútban. A gyomorráksejtek csökkent ACO2-expressziója rossz prognózissal függ össze; ugyanez az összefüggés ismert prosztatarákban is. Több kezelést azonosítottak in vitro az ACO2-expresszió növelésére, beleértve a sejtek hipoxiának való kitételét és a mangánt. A gén mutációinak klinikai jelentősége Az akonitáz génjének 6, betegséget okozó mutáns változata ismert változó súlyosságú tünetekkel, melyek az izolált látóideg-atrófiától a gyermekkori halálig terjednek.
Jegyzetek
Fordítás
További információk