MEHANIZAM DJELOVANJA ALKOHOL DEHIDROGENAZE Viktorija Medvarić
Skupina oksidoreduktaza (E.C. 1.1.1.1) Koenzim NAD(P)H Interkonverzija alkohola u aldehid/keton U arhejama, bakterijama i eukariotima Tip I, II, III
Mehanizam djelovanja kratkolančane ADH oksidacija etanola do acetata sudjeluje koenzima NAD + /NADH-> vežu se na slobodni enzim etanol i acetaldehid vežu se na binarni enzim-koenzim kompleks-> nastaje tercijarni kompleks
Tercijarni kompleks Uspješno kristaliziran kompleks Okidacija acetaldehida u acetat -> ireverzibilna reakcija (dokazano 1 H NMR tehnikom) Pro-S vodik s alkohola premješta se na pro-s stranu nikotinamidnog prstena koenzima Karbonilna forma nastalog acetaldehida hidratira se i odlazi iz tercijarnog kompleksa Reducirani koenzim NADH odlazi s binarnog kompleksa
Aktivno mjesto DADH katalitička trijada Ser139, Tyr152, Lys156 Ogranak tirozina služi kao baza u deprotonaciji alkohola Ser139 pomaže u stabilizaciji prijelaznog stanja i orijentaciji supstrata Lys prenosi proton koenzim nije kovalentno vezan na supstrat
Usporedba DlADH i DmADH Kiselinski ostatci koji okružuju šupljinu su 100% očuvani -> hidrofobnost i steričke karakteristike aktivnog mjesta vrlo slične Male razlike u unutrašnjem zidu ativnoga mjesta -> različita aktivnost za sekundarne alkohole
Razlike DmADH i DlADH Najveće konformacijske razlike u strukturi DlADH i DmADH nalaze se u N-terminalnom dijelu Mjesto vezanja kofaktora - 2 AK ostatka koji nisu u interakciji s koenzimom: 14. i 192. -> vrata za prolaz koenzima i supstrata Razlike u primarnoj strukturi -> različita jačina vdw interakcija prilikom vezanja koenzima, različit elektrostatski doprinos Područje aktivnog mjesta -> AK bočni ogranci kontroliraju vezanje alkohola (pk a vrijednost kiselinskog ostatka 0,5 ph jedinica niža u DlADH nego u DmADH) Specifične konformacijske promjene uslijed vezanja supstrata u dvije različite regije
Srednjelančana ADH Osim koenzima sadrže cink ADH iz konjske jetre, ljudska ADH, E. Coli ADH, kvasca Katalizira reverzibilnu oksidaciju alkohola do aldehida Mehanizam široko pručavan na ADH iz jetre konja na enzim se veže NAD + -> izomerizacija kompleksa uz otpuštanje protona -> konformacijske promjene -> zatvaranje aktivnog mjesta -> vezanje alkohola -> prijenos hidrida -> otpuštanje aldehida -> disocijacija NADH
Dvostruka izmjena liganada vezanih na cink: zamjena vode karboksilatnom skupinom bočnog ogranka glutamata uz inverziju konfiguracije tetraedarskog cinka -> potom kisik supstrata zamjenjuje karboksilnu skupinu
Različita koordinacija Zn u različitim organizmima Zn djeluje poput Lewisove kiseline; stabilizira međuprodukt Zn vezan na apoenzim tetraedarski koordiniran molekulom vode, s 2 S iz cisteina, te imidazolnim prstenom histidina Atom kisika iz alkohola veže se na mjesto vode Kompleks ljudske ADH: inverzna tetraedarska konfiguracija s koordiniranim ogrankom karboksilata iz Glu67, dvije molekule cisteina i histidinom E. Coli ADH: cink koordinira Glu59, histidin, te dvije molekule cisteina, a kompleks s NADH sadrži vodu koja je zamijenila glutamat
Zaključak U različitim organizmima -> različite ADH Male razlike u strukturi aktivnog mjesta DmADH i DlADH -> primarni slijed aminokiselina te vezno mjesto alkohola i koenzima U srednjelančanim ADH osim koenzima, prisutan je i cink -> mehanizam drugačiji od kratkolančanih ADH Prisutan cink, željezo ili različita primarna strktura aktivnog mjesta -> male razlike u mehanizmu djelovanja ADH Mehanizam ADH u suštini se uvijek odvija tako da se u prvom koraku na apoenzim veže koenzim, te potom na nastali binarni kompleks veže se supstrat, nastupa oksidacija supstrata te u završnom koraku disociraju produkt i reducirani koenzim
Literatura J. P. Von Wartburg, J. L. Bethune, B. L. Vallee, Biochemistry. 3 (1964) 1775-1782. J. Benach, J. O. Winberg, J. S. Svendsen, S. Atrian, R. G. Duarte, R. Landstein, J. Mol. Biol. 345 (2005) 579-598. B.V. Plapp, B. R. Savarimuthu, D.J. Ferraro, J.K. Rubach, E.N. Brown, S. Ramaswamy, Biochemistry. 28 (2017) 3632 3646.