A propionil-CoA metabolikus (katabolikus sorsa) attól függ, hogy milyen környezetben szintetizálódik. Ezért a propionil-CoA anaerob környezetben más sorsra juthat, mint egy aerob szervezetben. A többféle útvonal, akár a propionil-CoA-karboxiláz, akár a metil-citrát-szintáz általi katabolizmus, szintén a különböző gének jelenlététől függ.
- Reakció a propionil-CoA-karboxilázzalSzerkesztés
- MechanizmusSzerkesztés
- Metilcitrát ciklusSzerkesztés
- Bakteriális anyagcsereSzerkesztés
- Mycobacterium tuberculosis anyagcsereSzerkesztés
- Lehetséges szekvenció az R. sphaeroidesbenSzerkesztés
- Escherichia coli anyagcsereSzerkesztés
- Növényi anyagcsereSzerkesztés
- Gombák anyagcseréjeSzerkesztés
- Fehérje-propionilációSzerkesztés
Reakció a propionil-CoA-karboxilázzalSzerkesztés
A citromsavciklusban az emberben a propionil-CoA, amely az oxalacetáttal kölcsönhatásba lépve metilcitrátot képez, a propionil-CoA-karboxiláz (PCC) által végzett karboxiláció révén metilmalonyl-CoA-vá is katalizálható. A metilmalonil-CoA később szukcinil-CoA-vá alakul át, hogy azt a trikarbonsavciklusban tovább lehessen használni. A PCC nemcsak a propionil-CoA metilmalonil-CoA-vá történő karboxilálását katalizálja, hanem számos különböző acil-CoA-ra is hat. A legnagyobb kötődési affinitása azonban a propionil-CoA-hoz van. Kimutatták továbbá, hogy a propionil-CoA átalakulását számos TCA-marker, például a glutamát hiánya gátolja. A mechanizmust a bal oldali ábra mutatja be.
MechanizmusSzerkesztés
Emlősökben a propionil-CoA-t a propionil-CoA-karboxiláz, egy biotinfüggő enzim, amely bikarbonátot és ATP-t is igényel, (S)-metilmalonyl-CoA-vá alakítja.
Ezt a terméket a metilmalonyl-CoA racemáz (R)-metilmalonyl-CoA-vá alakítja.
A(R)-metilmalonyl-CoA-t a metilmalonyl-CoA-mutáz alakítja szukcinil-CoA-vá, a trikarbonsavciklus egyik köztes termékévé, egy olyan enzim, amely
kimerikus szerkezete a szén-szénkötés vándorlásának katalizálásához kobalamin.
A metilmalonyl-CoA mutáz mechanizmusa az 5′-deoxi-adenozil 5′ CH
2-je és a 3+ oxidációs állapotú (III) kobalt közötti kötés felhasításával kezdődik, ami 5′-deoxi-adenozil gyököt és redukált Co(II) oxidációs állapotú kobalamint eredményez.
A következő lépésben ez a gyök egy hidrogénatomot von el a metilmalonyl-CoA metilcsoportjától, ami metilmalonyl-CoA gyököt hoz létre. Úgy gondolják, hogy ez a gyök szén-kobalt kötést képez a koenzimhez, amit a szubsztrát szénvázának átrendeződése követ, így egy szukcinil-CoA gyök keletkezik. Ez a gyök ezután elvon egy hidrogént a korábban keletkezett 5′-deoxi-adenozinból, ismét egy deoxi-adenozil gyököt hozva létre, amely megtámadja a koenzimet, hogy újraalakítsa a kezdeti komplexet.
A metilmalonyl-CoA mutáz enzim hibája metilmalonsavuriát eredményez, egy veszélyes rendellenességet, amely a vér pH-értékének csökkenését okozza.
Metilcitrát ciklusSzerkesztés
A propionil-CoA felhalmozódása mérgező lehet a különböző szervezetekre. Mivel különböző ciklusokat javasoltak arra vonatkozóan, hogy a propionil-CoA hogyan alakul át piruváttá, az egyik vizsgált mechanizmus a metilcitrát-ciklus.A kezdeti reakció a béta-oxidáció a propionil-CoA képződéséhez, amelyet a ciklus tovább bont. Ez az útvonal magában foglalja mind a metilcitrát-ciklussal, mind a citromsavciklussal kapcsolatos enzimeket. Ezek mind hozzájárulnak az átfogó reakcióhoz, hogy a baktériumokat méregtelenítsék a káros propionil-CoA-tól. A zsírsavaknak a mikobaktériumokban történő katabolizmusa miatt eredő útvonalnak is tulajdonítják. A folytatáshoz a prpC gén a metilcitrát-szintázt kódolja, és ha nincs jelen, a metilcitrát-ciklus nem fog lezajlani. Ehelyett a katabolizmus a propionil-CoA-karboxilázon keresztül zajlik. Ez a mechanizmus az alábbiakban balra látható a résztvevő reaktánsokkal, termékekkel, köztitermékekkel és enzimekkel együtt.
Bakteriális anyagcsereSzerkesztés
Mycobacterium tuberculosis anyagcsereSzerkesztés
A propionil-CoA piruváttá történő oxidációját a Mycobacterium tuberculosisban annak szükségessége befolyásolja. A propionil-CoA felhalmozódása toxikus hatásokhoz vezethet. A Mycobacterium tuberculosisban azt feltételezték, hogy a propionil-CoA metabolizmusa részt vesz a sejtfal biogenezisében. Az ilyen katabolizmus hiánya ezért növelné a sejt érzékenységét a különböző toxinokkal szemben, különösen a makrofág antimikrobiális mechanizmusokkal szemben. Egy másik hipotézis a propionil-CoA sorsával kapcsolatban a M. tuberculosisisban az, hogy mivel a propionil-CoA a béta páratlan láncú zsírsavak katabolizmusa során keletkezik, a metilcitrát-ciklus ezt követően aktiválódik, hogy negligálja az esetleges toxicitást, puffer-mechanizmusként működve.
Lehetséges szekvenció az R. sphaeroidesbenSzerkesztés
A propionil-CoA-nak számos káros és toxikus hatása lehet különböző fajokra, beleértve a baktériumokat is. Például a piruvát-dehidrogenáz gátlása a propionil-CoA felhalmozódásával a Rhodobacter sphaeroidesben halálosnak bizonyulhat. Továbbá, az E. colihoz hasonlóan, a propionil-CoA beáramlása a Myobacterium fajokban is toxicitást eredményezhet, ha nem kezelik azonnal. Ezt a toxicitást a baktérium sejtfalát alkotó lipideket érintő útvonal okozza. A hosszú szénláncú zsírsavak észteresítésével a felesleges propionil-CoA-t a lipidben, a triacilglicerinben (TAG) lehet megkötni és tárolni, ami az emelkedett propionil-CoA-szint szabályozásához vezet. A zsírsavak ilyen metil-elágazási folyamata miatt a zsírsavak a felhalmozódó propion
Escherichia coli anyagcsereSzerkesztés
A Luo és munkatársai által végzett vizsgálatban Escherichia coli törzseket használtak fel annak vizsgálatára, hogy a propionil-CoA anyagcseréje potenciálisan hogyan vezethet a 3-hidroxipropionsav (3-HP) termeléséhez. Kimutatták, hogy az útvonalban részt vevő egyik kulcsfontosságú gén, a szukcinát-CoA-transzferáz mutációja a 3-HP jelentős növekedéséhez vezetett. Ez azonban még mindig fejlődő terület, és a témával kapcsolatos információk korlátozottak.
Növényi anyagcsereSzerkesztés
Az aminosav-anyagcsere a növényekben ellentmondásos témának számít, mivel nincs konkrét bizonyíték egy adott útvonalra. Azt feltételezik azonban, hogy a propionil-CoA előállításával és felhasználásával kapcsolatos enzimek vesznek részt benne. Ehhez kapcsolódik az izobutiril-CoA metabolizmusa. Ezt a két molekulát a valin anyagcseréjének köztes termékeinek tekintik. Mivel a propionát propionil-CoA formájában áll fenn, felfedezték, hogy a propionil-CoA egy peroxiszomális enzimatikus β-oxidációs útvonalon keresztül β-hidroxipropionáttá alakul át. Mindazonáltal az Arabidopsis növényben nem figyelték meg a valin propionil-CoA-vá történő átalakításának kulcsfontosságú enzimeit. A Lucas és munkatársai által végzett különböző kísérletek révén azt feltételezték, hogy a növényekben a peroxiszomális enzimeken keresztül a propionil-CoA (és az izobutiril-CoA) számos különböző szubsztrát (jelenleg vizsgálják az azonosságát) metabolizmusában vesz részt, nem csak a valinéban.
Gombák anyagcseréjeSzerkesztés
A zsírsavak katabolizmusán keresztül történő propionil-CoA-termeléshez tioészterifikáció is társul. Egy Aspergillus nidulansra vonatkozó vizsgálatban azt találták, hogy a fent leírt útvonal egyik metilcitrát-szintáz génjének, az mcsA-nak a gátlásával a különböző poliketidek termelése is gátolt. A propionil-CoA felhasználása a metilcitrát-cikluson keresztül tehát csökkenti annak koncentrációját, miközben ezt követően növeli a poliketidek koncentrációját. A poliketid egy olyan, gombákban gyakran előforduló szerkezet, amely acetil- és malonil-CoA-kból épül fel, váltakozó karbonilcsoportokkal és metiléncsoportokkal rendelkező terméket biztosítva. A poliketidek és poliketid-származékok gyakran szerkezetileg rendkívül összetettek, és több közülük erősen mérgező. Ez vezetett a mezőgazdaságban a növénykultúrákra gyakorolt poliketid-toxicitás korlátozására irányuló kutatásokhoz a fitopatogén gombák révén.
Fehérje-propionilációSzerkesztés
A propionil-CoA a fehérjék poszttranszlációs módosításának szubsztrátja is, a fehérjék lizinmaradványaival reagálva, ezt a reakciót fehérje-propionilációnak nevezik. Az acetil-CoA és a propionil-CoA szerkezeti hasonlósága miatt a propionilálási reakcióban feltehetően sokan ugyanazokat az enzimeket használják, mint a fehérjeacetilálásban. Bár a fehérje propioniláció funkcionális következményei és jelenleg nem teljesen ismertek, a propionil-CoA-szintetáz enzim in vitro propionilációja szabályozza a propionil-CoA-szintetáz aktivitását.