Atomstrukturer har afsløret de katalytiske trin i et enzym i citronsyrecyklus

Isocitratdehydrogenase fra gær (øverst) og bakterier (nederst).

Download TIFF-billede i høj kvalitet

Sukker smager godt. Det burde dog ikke være nogen overraskelse, da glukose er det centrale brændstof, der anvendes af organismer, der ånder ilt. Sukker nedbrydes i de centrale kataboliske veje glykolyse og citronsyrecyklus og bruges i sidste ende til at opbygge ATP. Enzymerne i disse veje nedbryder systematisk glukosemolekylerne i deres bestanddele og opsamler energien fra nedbrydningen på hvert trin. Isocitratdehydrogenase udfører den tredje reaktion i citronsyrecyklusen, som frigiver et af kulstofatomerne som kuldioxid. I processen fjernes der også to hydrogener. Det ene af disse, i form af et hydrid, overføres til bærestoffet NAD (eller NADP) og vil senere blive brugt til at drive rotationen af ATP-syntase.

Differente tilgange til den samme opgave

I vores celler udføres denne komplicerede reaktion af et komplekst enzym, der består af otte kæder (gærenzymet er vist øverst fra PDB-post 3blw ). fire katalytiske kæder (farvet turkis her) udfører reaktionen, og fire regulatoriske kæder (farvet mørkeblå her) tænder og slukker for enzymet baseret på niveauet af ATP og ADP i vores celler. Bakterier anvender en enklere fremgangsmåde. De bygger et mindre enzym bestående af to identiske kæder, der danner to identiske aktive steder (PDB-post 9icd , vist nederst). Vores celler bygger også en lille version af isocitratdehydrogenase, som udfører den samme reaktion i cellecytoplasmaet, hvor isocitrat og alfa-ketoglutarat interverteres, når de er nødvendige til syntetiske opgaver.

Kontrol ved fosforylering

Isocitratdehydrogenase kinase/phosphatase (orange) bundet til isocitratdehydrogenase.

Download TIFF-billede af høj kvalitet

Den bakterielle isocitratdehydrogenase styres ikke af niveauerne af ATP og ADP på samme måde som vores mitokondrielle enzym, men bakterier skal stadig kunne slukke for deres enzym, når der er ATP nok. Bakterier regulerer deres isocitratdehydrogenaser ved at tilføje et fosfat til proteinkæden, hvilket blokerer reaktionen. Enzymet isocitratdehydrogenase kinase/fosfatase (PDB entry 3lcb , her vist i orange) udfører begge reaktioner: tilsætning af fosfat for at slukke for enzymet og fjernelse af fosfat for at aktivere enzymet. Den beslutter, hvilken reaktion der er passende, ud fra niveauet af AMP i cellen: når niveauet er højt, binder AMP sig til et reguleringssted og aktiverer det fosfatfjernende maskineri, ellers er den aktiv som en fosfattilførende kinase.

Udforskning af strukturen

• Billede
• JSmol 1

Krystallografer har undersøgt mange trin i den reaktion, der udføres af isocitratdehydrogenase. De første strukturer undersøgte enzymets kompleks med hvert af dets separate substrater og produkter: isocitrat og magnesium (8icd ), NADP (9icd ) og alfa-ketoglutarat (1ika ) samt apo-enzymet (3icd ) og det inaktive fosforylerede enzym (4icd ). til at undersøge detaljerne i selve reaktionen blev der imidlertid anvendt særlige eksperimentelle teknikker. Ved omhyggeligt at synkronisere tilsætningen af substrater til mutantformer af enzymet og derefter bruge Laue diffraktion til at indsamle krystallografiske data på millisekunder kunne forskerne observere de ustabile mellemprodukter i reaktionen. F.eks. bremser Y160F-mutanten det første trin i reaktionen (1ide ),så strukturen viser det bundne kompleks af isocitrat, NADP og magnesium, der er fanget, før de har en chance for at reagere. K230M mutanten bremser det andet trin, hvilket afslører strukturen af mellemproduktet oxalosuccinat, før det mister kuldioxiden (1idc ).Klik på billedet for at se en interaktiv Jmol af disse strukturer.

September 2010, David Goodsell

doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2010_9