Atomirakenteet ovat paljastaneet sitruunahappokierron entsyymin

Isositraattidehydrogenaasin katalyyttiset vaiheet hiivasta (ylhäällä) ja bakteereista (alhaalla).

Lataa korkealaatuinen TIFF-kuva

Sokeri maistuu hyvältä. Tämän ei kuitenkaan pitäisi olla yllätys, sillä glukoosi on keskeinen polttoaine, jota happea hengittävät eliöt käyttävät. Sokeri hajotetaan glykolyysin ja sitruunahappokierron keskeisissä katabolisissa reiteissä ja käytetään lopulta ATP:n rakentamiseen. Näiden polkujen entsyymit hajottavat glukoosimolekyylit järjestelmällisesti osiinsa ja keräävät hajoamisen energiaa jokaisessa vaiheessa. Isositraattidehydrogenaasi suorittaa sitruunahappokierron kolmannen reaktion, jossa yksi hiiliatomi vapautuu hiilidioksidiksi. Prosessissa poistuu myös kaksi vetygeeniä. Toinen näistä siirretään hydridin muodossa kantoaineen NAD:lle (tai NADP:lle), ja sitä käytetään myöhemmin ATP-syntaasin pyörittämiseen.

erilaisia lähestymistapoja samaan tehtävään

Soluissamme tämän monimutkaisen reaktion suorittaa monimutkainen entsyymi, joka koostuu kahdeksasta ketjusta (hiivaentsyymi on kuvattu ylhäällä PDB-merkinnästä 3blw ). 4 katalyyttistä ketjua (tässä turkoosilla värillä merkittyinä) suorittaa reaktion, ja 4 säätelyketjua (tässä tummansinisellä värillä merkittyinä) kytkee entsyymin päälle- ja pois päältä ATP:n ja ADP:n pitoisuuksien perusteella solussamme. Bakteerit käyttävät yksinkertaisempaa lähestymistapaa. Ne rakentavat pienemmän entsyymin, joka koostuu kahdesta identtisestä ketjusta, jotka muodostavat kaksi identtistä aktiivista aluetta (PDB-merkintä 9icd, kuvassa alhaalla). Solumme rakentavat myös pienen version isositraattidehydrogenaasista, joka suorittaa tämän saman reaktion solun sytoplasmassa ja yhdistää isositraatin ja alfa-ketoglutaraatin toisiinsa, kun niitä tarvitaan synteettisiin tehtäviin.

Valvonta fosforylaation avulla

Isositraattidehydrogenaasikinaasi/fosfataasi (oranssi) sidottuna isositraattidehydrogenaasiin.

Lataa korkealaatuinen TIFF-kuva

Bakteerien isositraattidehydrogenaasia eivät ohjaa ATP:n ja ADP:n tasot kuten meidän mitokondriaalista entsyymiä, mutta bakteerien on silti pystyttävä kytkemään entsyymi pois päältä, kun ATP:tä on riittävästi. Bakteerit säätelevät isositraattidehydrogenaasejaan lisäämällä proteiiniketjuun fosfaattia, joka estää reaktion. Entsyymi isositraattidehydrogenaasikinaasi/fosfataasi (PDB-tietue 3lcb , kuvassa oranssilla)suorittaa molemmat reaktiot: fosfaatin lisääminen sammuttaa entsyymin ja sen poistaminen aktivoi entsyymin. Se päättää, kumpi reaktio on sopiva, solun AMP-tason perusteella: kun AMP-taso on korkea, se sitoutuu säätelykohtaan ja aktivoi fosfaattia poistavan koneiston, muutoin se on aktiivinen fosfaattia lisäävänä kinaasina.

Rakenteen tutkiminen

• Kuva
• JSmol 1

Kristallografit ovat tutkineet isositraattidehydrogenaasin suorittaman reaktion monia vaiheita. Ensimmäisissä rakenteissa tutkittiin entsyymin kompleksia kunkin erillisen substraatin ja tuotteen kanssa: isositraatin ja magnesiumin (8icd ),NADP:n (9icd ) ja alfa-ketoglutaraatin (1ika ),sekä apoentsyymin (3icd ) ja inaktiivisen fosforyloidun entsyymin (4icd ) kanssa.itse reaktion yksityiskohtien tutkimiseen käytettiin kuitenkin erityisiä kokeellisia tekniikoita. Synkronoimalla huolellisesti substraattien lisääminen entsyymin mutantteihin ja keräämällä sitten Laue-diffraktiolla kristallografista tietoa millisekunneissa tutkijat pystyivät havainnoimaan reaktion epävakaita välituotteita. Esimerkiksi mutantti Y160F hidastaa reaktion ensimmäistä vaihetta (1ide ), joten rakenteessa näkyy sidottu isositraatin, NADP:n ja magnesiumin kompleksi, joka on jäänyt kiinni ennen kuin ne ehtivät reagoida. Löydätkö ne PDB:stä?

Isositraattidehydrogenaasi pystyy erottamaan isositraatin kaksi stereoisomeeria. Se tekee tämän ympäröimällä isositraattia ja muodostamalla erityisiä vuorovaikutuksia sen kummankin funktionaalisen ryhmän kanssa. Löydätkö proteiinista ne aminohapot, jotka ovat tärkeitä näille vuorovaikutuksille? Mikä on metalli-ionin rooli? Muista käyttää biologista yksikköä, kun tarkastelet tätä vuorovaikutusta, sillä aktiivinen alue muodostuu kahden alayksikön välille.

Suhteelliset PDB-101-resurssit

• Lisätietoa isositraattidehydrogenaasista
• Selaa biologista energiaa
• Selaa entsyymejä

1. J. Zheng ja Z. Jia (2010) Bifunktionaalisen isositraattidehydrogenaasikinaasi/fosfataasin rakenne. Nature 465, 961-965.
2. A. B. Taylor, G. Hu, P. J. Hart ja L. McAlister-Henn (2008) Allosteric motions in structures of yeast NAD+-specific isocitrate dehydrogenase. Journal of Biological Chemistry 283, 10872-10880.
3. J. M. Bolduc, D. H. Dyer, W. G. Scott, P. Singer, R. M. Sweet, D. E. Koshland Jr. ja B. L. Stoddard (1995) Mutagenesis and Laue structure of enzyme intermediates: isocitrate dehydrogenase. Science 268, 1312-1318.
4. J. H. Hurley, A. M. Dean, D. E. Koshland Jr. ja R. M. Stroud (1991) NADP+-riippuvaisen isositraattidehydrogenaasin katalyyttinen mekanismi: magnesium-isositraatti- ja NADP+-kompleksien rakenteiden implikaatiot. Biochemistry 30, 8671-8678.

Syyskuu 2010, David Goodsell

doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2010_9

Kuukauden molekyyli

Kuukauden molekyylin RCSB:n PDB:n molekyylit David S. Goodsell (The Scripps Research Institute ja RCSB PDB) esittelee lyhyitä selostuksia valituista molekyyleistä Protein Data Bankista. Jokaisessa osassa on johdanto molekyylin rakenteeseen ja toimintaan, keskustelu molekyylin merkityksestä ihmisten terveydelle ja hyvinvoinnille sekä ehdotuksia siitä, miten vierailijat voivat tarkastella näitä rakenteita ja saada lisätietoja. Lisää