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Ligasa de ácidos grasos de cadena larga (CoA)

La acil graso-CoA ligasa de cadena larga (o sintetasa ) es una enzima ( EC 6.2.1.3) de la familia de las ligasas que activa la oxidación de ácidos grasos complejos . [2] La acil graso-CoA sintetasa de cadena larga cataliza la formación de acil graso-CoA mediante un proceso de dos pasos que procede a través de un intermedio adenilado . [3] La enzima cataliza la siguiente reacción,

Ácido graso + CoA + ATP ⇌ Acil-CoA + AMP + PP i

Está presente en todos los organismos, desde las bacterias hasta los seres humanos. Cataliza la reacción previa a la β-oxidación de los ácidos grasos o puede incorporarse a los fosfolípidos.

Función

La acil-CoA sintetasa de cadena larga, LC-FACS, desempeña un papel en la regulación fisiológica de varias funciones celulares a través de la producción de ésteres de acil-CoA graso de cadena larga , que supuestamente han afectado al transporte de proteínas , la activación enzimática, la acilación de proteínas, la señalización celular y la regulación transcripcional. [1] La formación de acil-CoA graso se cataliza en dos pasos: un intermediario estable de molécula de acil-AMP graso y luego se forma el producto: molécula de acil-CoA de ácido graso. [4]

La acil graso CoA sintetasa cataliza la activación de una cadena larga de ácidos grasos a un acil graso CoA, lo que requiere la energía de 1 ATP para AMP y pirofosfato . Este paso utiliza 2 "equivalentes de ATP" porque el pirofosfato se escinde en 2 moléculas de fosfato inorgánico, rompiendo un enlace de fosfato de alta energía .

Mecanismo y sitio activo

El mecanismo de la acil-CoA sintetasa grasa de cadena larga es un mecanismo de “ping-pong bi uni uni bi”. [1] Los prefijos uni y bi hacen referencia a la cantidad de sustratos que ingresan a la enzima y la cantidad de productos que salen de ella; bi describe una situación en la que dos sustratos ingresan a la enzima al mismo tiempo. Ping-pong significa que se libera un producto antes de que otro sustrato pueda unirse a la enzima.

En el primer paso, el ATP y un ácido graso de cadena larga entran en el sitio activo de la enzima . Dentro del sitio activo, el oxígeno cargado negativamente en el ácido graso ataca al fosfato alfa en el ATP, formando un intermediario de ATP-ácido graso de cadena larga. (Paso 1, Figura 2) En el segundo paso, el pirofosfato (PPi) sale, dando como resultado una molécula de AMP-ácido graso de cadena larga dentro del sitio activo de la enzima . (Paso 2, Figura 2) La coenzima A ahora entra en la enzima y se forma otro intermediario que consiste en AMP-ácido graso de cadena larga-Coenzima A. (Paso 3, Figura 2) Al final de este mecanismo se liberan dos productos, AMP y producto acil coa. (Paso 4, Figura 2)

El acil-CoA se forma a partir de ácidos grasos de cadena larga mediante una sustitución de acilo. En una reacción dependiente de ATP, el carboxilato de ácido graso se convierte en un tioéster . Los productos finales de esta reacción son acil-CoA , pirofosfato (PPi) y AMP .

Figura 1. Unidad asimétrica de la sintetasa de acil-CoA graso de cadena larga que muestra los residuos del sitio activo Trp 234, Tyr504 y Glu540, junto con el residuo Asn450 que podría servir de soporte. [1]
Figura 2. Mecanismo de la acil-CoA sintetasa grasa de cadena larga.

Estructura

Existen varias áreas altamente conservadas y una similitud de secuencia de aminoácidos de 20-30% entre los miembros de esta superfamilia. [1] Las enzimas de la familia consisten en un dominio N-terminal grande y un dominio C-terminal pequeño, con el sitio catalítico posicionado entre los dos dominios. [1] La unión del sustrato puede afectar las posiciones relativas de los dominios C- y N-terminales. Se supone que el dominio C-terminal de LC-FACS está en una conformación abierta cuando un sustrato está ausente y en una conformación cerrada cuando un sustrato está unido. [1] La accesibilidad del sitio activo al solvente se reduce cuando los dominios C- y N-terminales se aproximan entre sí. [5]

La relación estructura-función entre LC-FACS y la formación y procesamiento del intermediario acil-AMP aún no estaba clara. Un dímero de dominio intercambiado se forma por LC-FACS, con monómero interactuando en los dominios N-terminales. [6] Una gran cóncava electrostáticamente positiva se encuentra en la parte posterior de la estructura en el valle central del homodímero. [1] Asp15 forma un puente salino intermolecular con Arg176 en las interacciones del dímero. Se forma un enlace de hidrógeno intermolecular entre el grupo carbonilo de la cadena principal de Glu16 y la cadena lateral de Arg199. En la interfaz, Glu175 forma un puente salino intermolecular con Arg199. [5] [7] [8] [9] El motivo L, un enlace peptídico de seis aminoácidos, conecta el gran dominio N-terminal y un pequeño dominio C-terminal de cada monómero LC-FACS. [1] El dominio N-terminal está compuesto de dos subdominios: un barril β antiparalelo distorsionado y dos láminas β rodeadas por hélices α que forman un sándwich αβαβα. [1] El pequeño dominio globular C-terminal consta de una lámina β de dos cadenas y una lámina β antiparalela de tres cadenas flanqueada por tres hélices α. [1]

Interacción del dímero

Figura 3. Dimerización de LC-FACS.

La dimerización de LC-FACS se estabiliza a través de un puente salino entre Asp15 de secuencia A y Arg176 de secuencia B. La figura 3 muestra este puente salino entre estos dos aminoácidos. La línea amarilla entre Asp15 y Arg176 muestra el puente salino presente.

Unión de ATP al dominio C-terminal

Las conformaciones del dominio C-terminal de las estructuras LC-FACS dependen de la presencia de un ligando . [1] AMP-PNP, un análogo de ATP no hidrolizable, unido a LC-FACS da como resultado la conformación cerrada con los dominios C- y N-terminales interactuando directamente. [1] En las estructuras cristalinas, AMP-PNP está unido en una grieta de cada monómero en la interfaz entre los dominios N- y C-terminales. [1] La conformación cerrada del dominio C-terminal se conserva con miristroil-AMP. [1] Tres residuos en el dominio C-terminal, Glu443, Glu475 y Lys527, interactúan de forma no covalente con los residuos del motivo L y el dominio N-terminal para estabilizar la conformación cerrada. [1] Hay dos tipos de conformaciones abiertas en los dominios C-terminales de la estructura no complejada. Los dominios C- y N-terminales no interactúan directamente para ambos monómeros del dímero. [1] La fracción AMP de la molécula de ATP unida utiliza una extensa red de enlaces de hidrógeno para mantener unidos los dominios C- y N-terminales. [1]

Figura 4. Sitio activo de la acil-CoA sintetasa de cadena larga con un ácido graso de cadena larga. Trp444, Lys435 y Lys439 son los residuos importantes

Túnel de fijación de ácidos grasos

Los ácidos grasos de cadena larga más voluminosos están unidos por un túnel de unión de ácidos grasos que se encuentra en el dominio N-terminal de cada monómero . [1] Una gran lámina β y un grupo de hélices α rodean el túnel que se extiende desde la cavidad cóncava en el valle central hasta el sitio de unión de ATP. [1] Hay dos caminos distintos en la gran vía central del túnel en la estructura compleja, que incluye la "vía ATP" y la "vía central", separadas por el anillo de indol de Trp234 en el motivo G. [1] También hay otra rama de la vía central conocida como la "rama muerta y". El anillo de indol de Trp234 cierra el túnel de unión de ácidos grasos en la estructura no complejada. [1] Se abre una vez que AMP-PNP se une a través de la formación de enlaces de hidrógeno entre el β-fosfato y el nitrógeno en el anillo de Trp234. [1] Durante este tiempo, la conformación cerrada es adoptada por el dominio C-terminal móvil. Hay un cambio en el bucle flexible del motivo G en las estructuras cerradas de LC-FACS, lo que da como resultado una rama sin salida más amplia en comparación con las formas no complejadas. [1]

El sitio de unión del ATP está conectado a una ruta de ATP que es un canal hidrofóbico en el túnel de unión de ácidos grasos. [1] El ácido graso entra a través de la ruta central que se extiende desde la interfaz del dímero a lo largo de la cadena β 13 hasta la ruta del ATP. [1] La conexión entre las dos rutas está bloqueada por el anillo indólico de Trp234 en ausencia de ATP. Las moléculas de agua llenan la ruta central en las estructuras complejas AMP-PNP y miristoil-AMP y a través de la entrada de la ruta central, se conectan a las regiones del solvente en masa. Los residuos básicos de cada monómero, Lys219, Arg296, Arg297, Arg321, Lys350 y Lys 354, hacen que la entrada de la ruta central genere un potencial electrostático positivo. [1] La rama del extremo muerto contiene los residuos 235-243 y se extiende desde el túnel de unión de ácidos grasos hasta la hélice α h. [1] La parte inferior de la rama sin salida consta de un entorno hidrófilo de moléculas de agua y cadenas laterales polares. [1]

Dominios

Figura 5.
Figura 6.

Los dominios que se encuentran en la acil-CoA sintetasa de cadena larga se muestran tanto en la vista de enzima (figura 5) como en la vista de secuencia (figura 6). LC-FACS tiene cinco dominios. Después de buscar 1v26 en Entrez, se mostró la ubicación de los 5 dominios y se utilizó para crear las figuras 5 y 6. Los colores de las cintas en la figura 5 corresponden a los colores de la figura 6.

Inhibición por acil-CoA grasos de cadena larga

La síntesis de ácidos grasos está controlada por una regulación a largo y corto plazo. [4] La regulación a largo plazo de la síntesis de ácidos grasos depende de la tasa de síntesis de la acetil-CoA carboxilasa (ACC), la enzima limitante de la velocidad y la primera enzima de la síntesis de ácidos grasos, y de la ácido graso sintasa (FAS), la segunda y principal enzima de la síntesis de ácidos grasos. [4] [10] [11] [12] La acil-CoA grasa celular está involucrada en la regulación a corto plazo, pero no hay una comprensión completa de los mecanismos. [13]

Los ácidos grasos libres inhiben la síntesis de novo de ácidos grasos y parecen depender de la formación de acil-CoA grasos de cadena larga. [14] Los estudios han demostrado que los acil-CoA grasos de cadena larga inhiben la ACC y la FAS a través de la inhibición por retroalimentación. [15] [16] [17] [18] El efecto inhibidor del acil-CoA grasos de cadena larga sobre la síntesis de ácidos grasos puede ser el resultado de su regulación de las enzimas lipogénicas de manera retroalimentación a través de la supresión de la transcripción genética. [19]

La ligasa de ácido graso-CoA de cadena larga en las células sintetiza catalíticamente acil-CoA grasos de cadena larga. La ligasa de ácido graso-CoA de cadena larga puede estar involucrada en un papel importante en la supresión de la síntesis de ácidos grasos y se ha informado que jugó un papel en la inhibición de la síntesis de ácidos grasos. [20] Recientemente se descubrió que la vitamina D 3 regula positivamente FACL3, que forma la síntesis de ácidos grasos de cadena larga mediante el uso de ácido mirístico , ácido eicosapentaenoico (EPA) y ácido araquidónico como sustratos, en niveles de expresión y actividad. [21] FACL3 contribuye al efecto inhibidor del crecimiento de la vitamina D 3 en células LNCaP de cáncer de próstata humano. [21] Un estudio actual informa que la inhibición de retroalimentación de la expresión de FAS por acil-CoA grasos de cadena larga causa la regulación negativa del ARNm de FAS por la vitamina D 3. [4] [22 ]

Importancia clínica

La adrenoleucodistrofia (ALD) es la acumulación de ácidos grasos de cadena larga en el cerebro y la corteza suprarrenal, debido a la disminución de la actividad de la acil graso coa sintetasa de cadena larga. [23] La oxidación de los ácidos grasos de cadena larga ocurre normalmente en el peroxisoma, donde se encuentra la acil graso coa sintetasa de cadena larga. Los ácidos grasos de cadena larga ingresan al peroxisoma a través de una proteína transportadora, ALDP, que crea una puerta en la membrana del peroxisoma . En la ALD, el gen para este transportador de membrana peroximal, ALDP, es defectuoso, lo que impide que los ácidos grasos de cadena larga ingresen al peroxisoma. [24]

Ejemplos

Los genes humanos que codifican enzimas ligasas de ácidos grasos de cadena larga (CoA) (también conocidas como acil-CoA sintetasa de cadena larga o ACSL) incluyen:

Véase también

Referencias

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Enlaces externos