A hónap molekulája
| Kategória szerint | Dátum szerint | Cím szerint |
Atomszerkezetek feltárták egy élesztőből (fent) és baktériumokból (lent) származó
Töltse le a jó minőségű TIFF-képet
A cukornak jó íze van. Ez azonban nem meglepő, hiszen a glükóz az oxigénlégző szervezetek központi üzemanyaga. A cukrot a glikolízis és a citromsavciklus központi katabolikus útjai során bontják le, és végül ATP építésére használják fel. Az ezekben az útvonalakban működő enzimek a glükózmolekulákat szisztematikusan alkotóelemeikre bontják, minden egyes lépésnél elnyerve a szétbontás energiáját. Az izocitrát-dehidrogenáz végzi a citromsavciklus harmadik reakcióját, amely az egyik szénatomot szén-dioxidként szabadítja fel. A folyamat során két hidrogén is eltávolításra kerül. Ezek közül az egyik hidrid formájában átkerül a hordozó NAD-ra (vagy NADP-re), és később az ATP-szintáz forgásának működtetésére szolgál.
Egyazon feladat különböző megközelítései
A sejtjeinkben ezt a bonyolult reakciót egy nyolc láncból álló, összetett enzim végzi (az élesztőenzim a PDB 3blw bejegyzéséből látható fentebb). 4 katalitikus lánc (itt türkizkék színű) végzi a reakciót, és 4 szabályozó lánc (itt sötétkék színű) kapcsolja be és ki az enzimet a sejtekben lévő ATP és ADP szintje alapján. A baktériumok egyszerűbb megközelítést alkalmaznak. Ők egy kisebb enzimet építenek, amely két azonos láncból áll, és két azonos aktív központot alkot (PDB 9icd bejegyzés, alul látható). A mi sejtjeink is felépítik az izocitrát-dehidrogenáz egy kis változatát, amely ugyanezt a reakciót végzi a sejt citoplazmájában, egymásba kapcsolva az izocitrátot és az alfa-ketoglutarátot, amikor a szintetikus feladatokhoz szükségesek.
Kontroll foszforilációval
Jó minőségű TIFF-kép letöltése
A bakteriális izocitrát-dehidrogenázt nem az ATP és az ADP szintje szabályozza, mint a mi mitokondriális enzimünket, de a baktériumoknak mégis képesnek kell lenniük arra, hogy kikapcsolják az enzimet, ha elegendő ATP áll rendelkezésre. A baktériumok úgy szabályozzák izocitrát-dehidrogenázaikat, hogy foszfátot adnak a fehérjelánchoz, ami blokkolja a reakciót. Az izocitrát-dehidrogenáz kináz/foszfatáz enzim (PDB-bejegyzés 3lcb , itt narancssárga színnel látható)mindkét reakciót végrehajtja: foszfát hozzáadásával kikapcsolja az enzimet, és eltávolításával aktiválja az enzimet. A sejtben lévő AMP szintje alapján dönti el, hogy melyik reakció a megfelelő: ha magas az AMP szintje, akkor az AMP egy szabályozó helyhez kötődik, és aktiválja a foszfát-eltávolító gépezetet, ellenkező esetben foszfátot adagoló kinázként aktív.
A szerkezet feltárása
- Kép
- JSmol 1
A kristallográfusok az izocitrát-dehidrogenáz által végzett reakció számos lépését vizsgálták. Az első szerkezetek az enzim komplexét vizsgálták az egyes különálló szubsztrátokkal és termékekkel: izocitrát és magnézium(8icd ),NADP (9icd ),és alfa-ketoglutarát (1ika ),valamint az apo enzim (3icd ),és az inaktív foszforilált enzim (4icd ).magának a reakciónak a részleteinek vizsgálatához azonban speciális kísérleti technikákat alkalmaztak. A szubsztrátoknak az enzim mutáns formáihoz való hozzáadását gondosan szinkronizálva, majd a Laue-diffrakció segítségével ezredmásodpercek alatt kristályográfiai adatokat gyűjtöttek, a kutatók képesek voltak megfigyelni a reakció instabil köztitermékeit. Az Y160F mutáns például lelassítja a reakció első lépését (1ide ),így a szerkezet az izocitrát, a NADP és a magnézium kötött komplexét mutatja, amelyet még azelőtt elkapnak, hogy esélyük lenne reagálni. A K230M mutáns lelassítja a második lépést, így láthatóvá válik a köztes oxalosuccinát szerkezete, mielőtt elveszíti a szén-dioxidot (1idc ).A képre kattintva megtekintheti e szerkezetek interaktív Jmol-ját.
Témák további megvitatásra
- A citromsavciklus legtöbb enzimjéhez rendelkezésre állnak szerkezetek. Megtalálhatók a PDB-ben?
- Az izocitrát-dehidrogenáz képes különbséget tenni az izocitrát két sztereoizomerje között. Ezt úgy teszi, hogy körülveszi az izocitrátot, és specifikus kölcsönhatásokat alakít ki annak egyes funkciós csoportjaival. Meg tudod találni a fehérjében azokat az aminosavakat, amelyek fontosak ezekben a kölcsönhatásokban? Milyen szerepet játszik a fémion? Ügyeljen arra, hogy a biológiai egységet használja, amikor ezt a kölcsönhatást vizsgálja, mivel az aktív központ a két alegység között alakul ki.
Kapcsolódó PDB-101 források
- Tovább az izocitrát-dehidrogenázról
- Böngészés a Biológiai energia
- Böngészés az enzimek
- JJ. Zheng és Z. Jia (2010) Structure of the bifunctional isocitrate dehydrogenase kinase/phosphatase. Nature 465, 961-965.
- A. B. Taylor, G. Hu, P. J. Hart és L. McAlister-Henn (2008) Allosteric motions in structures of yeast NAD+-specific isocitrate dehydrogenase. Journal of Biological Chemistry 283, 10872-10880.
- J. M. Bolduc, D. H. Dyer, W. G. Scott, P. Singer, R. M. Sweet, D. E. Koshland Jr. és B. L. Stoddard (1995) Mutagenesis and Laue structure of enzyme intermediates: Isocitrate dehydrogenase. Science 268, 1312-1318.
- J. H. Hurley, A. M. Dean, D. E. Koshland Jr. és R. M. Stroud (1991) Catalytic mechanism of NADP+-dependent isocitrate dehydrogenase: implications from the structures of magnesium-isocitrate and NADP+ complexes. Biochemistry 30, 8671-8678.
2010. szeptember, David Goodsell
doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2010_9