Structurile atomice au dezvăluit etapele catalitice ale unei enzime din ciclul acidului citric

Isocitrat dehidrogenază din drojdii (sus) și bacterii (jos).

Descărcați o imagine TIFF de înaltă calitate

Dulciul are un gust grozav. Acest lucru nu ar trebui să fie o surpriză, totuși, din moment ce glucoza este combustibilul central folosit de organismele care respiră oxigen. Zahărul este descompus în căile catabolice centrale ale glicolizei și ale ciclului acidului citric și, în cele din urmă, este utilizat pentru a construi ATP. Enzimele din aceste căi descompun sistematic moleculele de glucoză în părțile lor componente, capturând energia de dezasamblare la fiecare pas. Isocitratul dehidrogenaza realizează a treia reacție din ciclul acidului citric, care eliberează unul dintre atomii de carbon sub formă de dioxid de carbon. În acest proces, sunt eliminați și doi hidrogeni. Unul dintre aceștia, sub forma unei hidride, este transferat la purtătorul NAD (sau NADP) și va fi utilizat ulterior pentru a alimenta rotația ATP-sintezei.

Abordări diferite ale aceleiași sarcini

În celulele noastre, această reacție complicată este realizată de o enzimă complexă, compusă din opt lanțuri (enzima de drojdie este prezentată în partea de sus, de la intrarea PDB 3blw ). patru lanțuri catalitice (colorate aici în turcoaz) realizează reacția, iar patru lanțuri de reglare (colorate aici în albastru închis) pornesc și opresc enzima în funcție de nivelurile de ATP și ADP din celulele noastre. Bacteriile au o abordare mai simplă. Ele construiesc o enzimă mai mică compusă din două lanțuri identice, formând două situsuri active identice (intrarea PDB 9icd ,prezentată în partea de jos). Celulele noastre construiesc, de asemenea, o versiune mică a izocitrat dehidrogenazei, care realizează aceeași reacție în citoplasma celulară, intercupând izocitratul și alfa-cetoglutaratul atunci când acestea sunt necesare pentru sarcini de sinteză.

Control prin fosforilare

Isocitrat dehidrogenază kinază/fosfatază (portocaliu) legată de izocitrat dehidrogenază.

Download high quality TIFF image

Isocitrat dehidrogenaza bacteriană nu este controlată de nivelurile de ATP și ADP așa cum este enzima noastră mitocondrială, dar bacteriile trebuie totuși să fie capabile să își oprească enzima atunci când există suficient ATP. Bacteriile își reglează izocitrat dehidrogenazele prin adăugarea unui fosfat în lanțul proteic, care blochează reacția. Enzima isocitrat dehidrogenază kinază/fosfatază (intrarea PDB 3lcb , reprezentată aici în portocaliu) realizează ambele reacții: adăugarea unui fosfat pentru a opri enzima și eliminarea acestuia pentru a activa enzima. Aceasta decide ce reacție este adecvată în funcție de nivelul de AMP din celulă: atunci când nivelurile sunt ridicate, AMP se leagă de un situs de reglare, activând mașinăria de eliminare a fosfaților, în caz contrar este activă ca o kinază care adaugă fosfați.

Explorarea structurii

• Imagine
• JSmol 1

Cristalografiștii au examinat mai multe etape ale reacției efectuate de izocitrat dehidrogenază. Primele structuri au studiat complexul enzimei cu fiecare dintre substraturile și produșii săi separați: izocitrat și magneziu (8icd ),NADP (9icd ) și alfa-cetoglutarat (1ika ), precum și enzima apo (3icd ) și enzima fosforilată inactivă (4icd ).Pentru a examina detaliile reacției propriu-zise, s-au folosit însă tehnici experimentale speciale. Prin sincronizarea atentă a adăugării de substraturi la formele mutante ale enzimei și apoi prin utilizarea difracției Laue pentru a colecta date cristalografice în milisecunde, cercetătorii au putut observa intermediarii instabili din reacție. De exemplu, mutantul Y160F încetinește prima etapă a reacției (1ide ),astfel încât structura arată complexul legat de izocitrat, NADP și magneziu, prins înainte de a avea șansa de a reacționa. Mutantul K230M încetinește a doua etapă, dezvăluind structura oxidatului intermediar oxalosuccinat înainte de a pierde dioxidul de carbon (1idc ).Faceți clic pe imagine pentru a vedea un Jmol interactiv al acestor structuri.

.