Карнитин пальмитоилтрансфераза I - Carnitine palmitoyltransferase I

CPT1A
Доступные конструкции
PDB Ортолог поиск: PDBe RCSB
Идентификаторы
Псевдонимы CPT1A , карнитин пальмитоилтрансфераза 1A (печень), CPT1, CPT1-L, L-CPT1, карнитин пальмитоилтрансфераза 1A
Внешние идентификаторы OMIM : 600528 MGI : 1098296 HomoloGene : 1413 GeneCards : CPT1A
Ортологи
Разновидность Человек Мышь
Entrez
Ансамбль
UniProt
RefSeq (мРНК)

NM_001031847
NM_001876

NM_013495

RefSeq (белок)

NP_001027017
NP_001867

NP_038523

Расположение (UCSC) Chr 11: 68,75 - 68,84 Мб Chr 19: 3.32 - 3.39 Мб
PubMed поиск
Викиданные
Просмотр / редактирование человека Просмотр / редактирование мыши

Карнитин-пальмитоилтрансфераза I ( CPT1 ), также известная как карнитинацилтрансфераза I , CPTI , CAT1 , CoA: карнитинацилтрансфераза ( CCAT ) или пальмитоил- CoA трансфераза I , является митохондриальным ферментом, ответственным за образование ацилкарнитинов, катализируя перенос ацильной группы длинноцепочечного жирного ацил-КоА от кофермента А до 1-карнитина . Продукт часто представляет собой пальмитоилкарнитин ( отсюда и название), но другие жирные кислоты также могут быть субстратами. Он является частью семейства ферментов, называемых карнитинацилтрансферазами. Этот «препарат» обеспечивает последующее перемещение ацилкарнитина из цитозоля в межмембранное пространство митохондрий.

В настоящее время известны три изоформы CPT1: CPT1A, CPT1B и CPT1C. CPT1 связан с внешней митохондриальной мембраной . Этот фермент может быть ингибирован малонил-КоА , первым детерминированным промежуточным продуктом, образующимся во время синтеза жирных кислот. Его роль в метаболизме жирных кислот делает CPT1 важным при многих метаболических нарушениях, таких как диабет . Поскольку его кристаллическая структура неизвестна, точный механизм его действия еще предстоит определить.

Состав

Пимоловый рисунок карнитина, взаимодействующего с пятью остатками карнитинацетилтрансферазы
Карнитин связывается в каталитическом сайте CRAT, фермента, гомологичного CPT1. Каталитические остатки гистидина и стабилизирующего серина окрашены в оранжевый цвет.

CPT1 представляет собой интегральный мембранный белок, который существует в трех изоформах в тканях млекопитающих: CPT1A, CPT1B и CPT1C. Первые два экспрессируются на внешней митохондриальной мембране большинства тканей, но их относительные пропорции варьируются между тканями. CPT1A преобладает в липогенных тканях, таких как печень, тогда как CPT1B преобладает в тканях, таких как сердце и скелетные мышцы, которые обладают высокой окислительной способностью жирных кислот. коричневые жировые клетки . Обе изоформы являются интегральными белками внешней мембраны митохондрий через две трансмембранные области в пептидной цепи. Топология мембраны CPT1A была описана It is polytopic, с N- и C-концами, открытыми на цитозольном аспекте OMM, с короткой петлей, соединяющей два трансмембранных домена, выступающих в межмембранное пространство митохондрий.

Третья изоформа (CPT1C) была идентифицирована в 2002 году и экспрессируется в обеих митохондриях эндоплазматического ретикулума. Обычно он экспрессируется только в нейронах (головном мозге), хотя его экспрессия изменена в некоторых типах раковых клеток.

Точная структура любой из изоформ CPT1 еще не определена, хотя было создано множество in silico моделей для CPT1 на основе близкородственных карнитинацилтрансфераз, таких как карнитинацетилтрансфераза (CRAT) .

Важное структурное различие между CPT1 и CPT2, CRAT и карнитиноктаноилтрансферазой (COT) состоит в том, что CPT1 содержит дополнительный домен на своем N-конце, состоящий примерно из 160 аминокислот. Было определено, что этот дополнительный N-концевой домен важен для ключевой ингибирующей молекулы CPT1, малонил-КоА, и действует как переключатель, который делает CPT1A более или менее чувствительным к ингибированию малонил-КоА.

Было высказано предположение, что в CPT1A и CPT1B существуют два различных сайта связывания . «Сайт А» или «сайт КоА», по-видимому, связывает как малонил-КоА, так и пальмитоил-КоА , а также другие молекулы, содержащие кофермент А , что позволяет предположить, что фермент связывает эти молекулы посредством взаимодействия с фрагментом кофермента А. Было высказано предположение, что малонил-КоА может вести себя как конкурентный ингибитор CPT1A в этом сайте. Второй «O-сайт» был предложен для более прочного связывания малонил-КоА, чем для A-сайта. В отличие от сайта A, сайт O связывается с малонил-CoA через дикарбонильную группу малонатного фрагмента малонил-CoA. Связывание малонил-КоА с сайтами A и O ингибирует действие CPT1A, исключая связывание карнитина с CPT1A. Поскольку кристаллическая структура CPT1A еще не была выделена и отображена, ее точная структура еще предстоит выяснить.

Функция

Ферментный механизм

Поскольку данные о кристаллической структуре в настоящее время недоступны, точный механизм CPT1 в настоящее время не известен. Было высказано предположение о паре различных возможных механизмов для CPT1, оба из которых включают остаток 473 гистидина в качестве ключевого каталитического остатка. Один из таких механизмов, основанный на модели карнитинацетилтрансферазы, показан ниже, в котором His 473 депротонирует карнитин, в то время как соседний остаток серина стабилизирует тетраэдрический оксианионный интермедиат.

Был предложен другой механизм, который предполагает, что каталитическая триада, состоящая из остатков Cys-305, His-473 и Asp-454, выполняет стадию катализа с переносом ацила . Этот каталитический механизм включает образование ковалентного промежуточного соединения тиоацил-фермента с Cys-305.

Стрелочный механизм действия карнитин пальмитоилтрансферазы.
Карнитин-пальмитоилтрансферазный механизм.

Биологическая функция

Система карнитин palmitoyltransferase является важным шагом в бета-окисления из длинноцепочечных жирных кислот . Эта система переноса необходима, потому что, хотя жирные кислоты активируются (в форме тиоэфирной связи с коферментом А) на внешней митохондриальной мембране, активированные жирные кислоты должны окисляться внутри митохондриального матрикса . Длинноцепочечные жирные кислоты, такие как пальмитоил-КоА, в отличие от коротко- и среднецепочечных жирных кислот, не могут свободно диффундировать через внутреннюю мембрану митохондрий и требуют системы челнока для транспортировки в митохондриальный матрикс.

Ацил-КоА из цитозоля в матрикс митохондрий

Карнитин-пальмитоилтрансфераза I является первым компонентом и лимитирующей стадией карнитин-пальмитоилтрансферазной системы, катализируя перенос ацильной группы от кофермента А на карнитин с образованием пальмитоилкарнитина . Затем транслоказа перемещает ацилкарнитин через внутреннюю митохондриальную мембрану, где он снова превращается в пальмитоил-КоА.

Действуя как акцептор ацильной группы, карнитин может также играть роль регулятора внутриклеточного соотношения КоА: ацил-КоА.

Регулирование

CPT1 ингибируется малонил-КоА, хотя точный механизм ингибирования остается неизвестным. Было показано, что изоформа скелетных мышц и сердца CPT1, CPT1B, в 30–100 раз более чувствительна к ингибированию малонил-КоА, чем CPT1A. Это ингибирование является хорошей мишенью для будущих попыток регулировать CPT1 для лечения метаболических нарушений.

Ацетил-КоА-карбоксилаза (АСС), фермент, катализирующий образование малонил-КоА из ацетил-КоА , важен для регуляции метаболизма жирных кислот. Ученые продемонстрировали, что мыши с нокаутом ACC2 имеют меньше жира и веса по сравнению с мышами дикого типа . Это результат снижения активности АЦК, что приводит к последующему снижению концентрации малонил-КоА. Эти пониженные уровни малонил-КоА, в свою очередь, предотвращают ингибирование CPT1, вызывая окончательное увеличение окисления жирных кислот. Поскольку клетки сердца и скелетных мышц обладают низкой способностью к синтезу жирных кислот, АСС может действовать в этих клетках исключительно как регуляторный фермент.

Клиническое значение

Форма «CPT1A» связана с карнитиным palmitoyltransferase I дефицитом . Это редкое заболевание связано с риском печеночной энцефалопатии , гипокетотической гипогликемии, судорог и внезапной неожиданной смерти в младенчестве.

CPT1 связан с диабетом 2 типа и инсулинорезистентностью . Такие заболевания, наряду со многими другими проблемами со здоровьем, приводят к повышению уровня свободных жирных кислот (СЖК) у людей, накоплению жира в скелетных мышцах и снижению способности мышц окислять жирные кислоты. CPT1 участвует в возникновении этих симптомов. Повышенные уровни малонил-КоА, вызванные гипергликемией и гиперинсулинемией, ингибируют CPT1, что вызывает последующее снижение транспорта длинноцепочечных жирных кислот в митохондрии мышц и сердца, уменьшая окисление жирных кислот в таких клетках. Шунтирование LCFAs от митохондрий приводит к наблюдаемому увеличению уровней FFA и накоплению жира в скелетных мышцах.

Его важность в метаболизме жирных кислот делает CPT1 потенциально полезным ферментом, на котором можно сосредоточиться при разработке методов лечения многих других метаболических нарушений.

Взаимодействия

CPT1, как известно, взаимодействует со многими белками, в том числе с белками семейства NDUF, PKC1 и ENO1.

В ВИЧ Vpr усиливает экспрессию мРНК карнитин-пальмитоилтрансферазы I (CPT1), индуцированную PPARbeta / дельта PDK4 в клетках. Нокдаун CPT1A путем скрининга библиотеки shRNA ингибирует репликацию ВИЧ-1 в культивируемых Т-клетках Jurkat.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки