Månadens molekyl
| Enligt kategori | Enligt datum | Enligt titel |
Atomstrukturer har avslöjat de katalytiska stegen hos ett enzym i citronsyracykeln
Ladda ner högkvalitativ TIFF-bild
Socker smakar gott. Detta borde dock inte vara någon överraskning, eftersom glukos är det centrala bränsle som används av syreandande organismer. Socker bryts ner i de centrala kataboliska vägarna glykolys och citronsyracykeln och används slutligen för att konstruera ATP. Enzymerna i dessa vägar bryter systematiskt ner glukosmolekylerna i deras beståndsdelar och fångar upp energin från nedbrytningen i varje steg. Isocitratdehydrogenas utför den tredje reaktionen i citronsyracykeln, som frigör en av kolatomerna som koldioxid. I processen avlägsnas också två väteämnen. Ett av dessa, i form av en hydrid, överförs till bäraren NAD (eller NADP) och kommer senare att användas för att driva rotationen av ATP-syntas.
Olika tillvägagångssätt för samma uppgift
I våra celler utförs denna komplicerade reaktion av ett komplext enzym som består av åtta kedjor (jästenzymet visas överst från PDB-post 3blw ). fyra katalytiska kedjor (färgade turkos här) utför reaktionen, och fyra regulatoriska kedjor (färgade mörkblått här) sätter på och stänger av enzymet baserat på nivåerna av ATP och ADP i våra celler. Bakterier har ett enklare tillvägagångssätt. De bygger ett mindre enzym som består av två identiska kedjor som bildar två identiska aktiva platser (PDB-post 9icd ,visas längst ner). Våra celler bygger också en liten version av isocitratdehydrogenas, som utför samma reaktion i cellens cytoplasma, där isocitrat och alfa-ketoglutarat interagerar när de behövs för syntetiska uppgifter.
Kontroll genom fosforylering
Ladda ner högkvalitativ TIFF-bild
Bakteriernas isocitratdehydrogenas styrs inte av nivåerna av ATP och ADP på samma sätt som vårt mitokondriella enzym gör, men bakterier måste ändå kunna stänga av sitt enzym när det finns tillräckligt med ATP. Bakterier reglerar sina isocitratdehydrogenaser genom att lägga till en fosfat till proteinkedjan, vilket blockerar reaktionen. Enzymet isocitratdehydrogenaskinas kinas/fosfatas (PDB-post 3lcb , här i orange) utför båda reaktionerna: att lägga till en fosfat för att stänga av enzymet och att ta bort den för att aktivera enzymet. Det bestämmer vilken reaktion som är lämplig baserat på AMP-nivån i cellen: när nivåerna är höga binder AMP till en reglerande plats och aktiverar det fosfatavlägsnande maskineriet, annars är det aktivt som ett fosfattillförande kinas.
Utforskning av strukturen
- Bild
- JSmol 1
Kristallografer har undersökt många steg i reaktionen som utförs av isocitratdehydrogenas. I de första strukturerna studerades enzymkomplexet med vart och ett av dess separata substrat och produkter: isocitrat och magnesium (8icd ), NADP (9icd ) och alfa-ketoglutarat (1ika ), samt apo-enzym (3icd ) och det inaktiva fosforylerade enzymet (4icd ) För att undersöka detaljerna i själva reaktionen användes dock speciella experimentella tekniker. Genom att noggrant synkronisera tillsättningen av substrat till muterade former av enzymet och sedan använda Laue-diffraktion för att samla in kristallografiska data på millisekunder kunde forskarna observera de instabila intermediärerna i reaktionen. Mutanten Y160F fördröjer till exempel det första steget i reaktionen (1ide ), så strukturen visar det bundna komplexet av isocitrat, NADP och magnesium, som fångas innan de har en chans att reagera. Mutanten K230M saktar ner det andra steget, vilket avslöjar strukturen av mellanprodukten oxalosuccinat innan den förlorar koldioxiden (1idc ).Klicka på bilden för att se en interaktiv Jmol av dessa strukturer.
Teman för vidare diskussion
- Strukturer finns tillgängliga för de flesta av enzymerna i citronsyracykeln. Kan du hitta dem i PDB?
- Isocitratdehydrogenas kan skilja mellan de två stereoisomererna av isocitrat. Det gör detta genom att omge isocitrat och bilda specifika interaktioner med var och en av dess funktionella grupper. Kan du hitta de aminosyror i proteinet som är viktiga för dessa interaktioner? Vilken roll spelar metalljonen? Var noga med att använda den biologiska enheten när du tittar på denna interaktion, eftersom den aktiva platsen bildas mellan de två underenheterna.
Relaterade PDB-101-resurser
- Mer om Isocitratdehydrogenas
- Bläddra bland biologisk energi
- Bläddra bland enzymer
- J. Zheng och Z. Jia (2010) Structure of the bifunctional isocitrate dehydrogenase kinase/phosphatase. Nature 465, 961-965.
- A. B. Taylor, G. Hu, P. J. Hart och 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. och 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. och 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.
September 2010, David Goodsell
doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2010_9