Acetil-CoA carboxilase

A acetil-CoA carboxilase (ACC) é un encima dependente da biotina () que cataliza a carboxilación irreversible do acetil-CoA para producir malonil-CoA por medio das súas dúas actividades catalíticas: de biotina carboxilase (BC) e de carboxiltransferase (CT). A ACC é un encima multisubunidades na maioría dos procariotas e nos cloroplastos da maioría das plantas e algas, mentres que é un encima grande multidominio que se atopa no citoplasma da maioría dos eucariotas. A función máis importante da ACC é proporcionar o substrato malonil-CoA para a biosíntese de ácidos graxos. A actividade da ACC pode ser controlada a nivel transcricional, así como por pequenas moléculas moduladoras e por modificación covalente. O xenoma humano contén xenes para dúas ACCs diferentes, denominados ACACA e ACACB.

 Estrutura 

Os procariotas e as plantas teñen ACCs multisubunidades compostas por varios polipéptidos. A actividade de biotina carboxilase (BC), a proteína transportadora de biotina carboxilo (BCCP), e a actividade de carboxil transferase (CT) están contidas en diferentes subunidades. A estequiometría destas subunidades no holoencima ACC difire entre organismos. Nos humanos e na maioría dos eucariotas evolucionou unha ACC con dominios catalíticos CT e BC e dominios BCCP situados nun só polipéptido. A maioría das plantas teñen tamén esta forma homómera no citosol. As rexións funcionais da ACC, comezando polo N-terminal e acabando polo C-terminal son: biotina carboxilase (BC), unión á biotina (BB), carboxil transferase (CT) e unión ao ATP (AB). A rexión AB encóntrase dentro da BC. A biotina está unida covalentemente por medio dun enlace amida á longa cadea lateral dun residuo de lisina en BB. Como BB está entre as rexións BC e CT, a biotina pode translocarse doadamente a ambos os sitios activos cando cómpre.

En mamíferos nos que se expresan dúas isoformas da ACC, a principal diferenza estrutural entre elas é o N-terminal ampliado da ACC2 que contén unha secuencia de destino mitocondrial.

 Xenes 
Os polipéptidos que compoñen as ACCS multisubunidades de procariotas e plantas están coificados en distintos xenes. En Escherichia coli, o xene accA codifica a subunidade alfa da acetil-CoA carboxilase, e o accD a súa subunidade beta.

 Mecanismo 
A reacción global da ACAC(A,B) procede por medio dun mecanismo en dous pasos. A primeira reacción é levada a cabo por BC e implica a carboxilación dependente de ATP da biotina co bicarbonato funcionando como fonte de CO2. O grupo carboxilo transfírese desde a biotina ao acetil-CoA para formar malonil-CoA na segunda reacción, que é catalizada pola CT.


No sitio activo, a reacción procede cunha extensa interacción dos residuos Glu296 e as Arg338 e Arg292 cargadas positivamente cos substratos. Dous Mg2+ están coordinados polos grupos fosfato do ATP, e son necesarios para a unión do ATP ao encima. O bicarbonato é desprotonado polo Glu296, aínda que en solución esta transferencia de protóns é improbable, xa que o pKa do bicarbonato é 10,3. O encima aparentemente manipula o pKa para facilitar a desprotonación do bicarbonato. O pKa do bicarbonato diminúe pola súa interacción con cadeas laterais cargadas positivamente de Arg338 e Arg292.  Ademais, o Glu296 interacciona coa cadea lateral do Glu211, unha interacción que causa o incremento no pKa aparente. Despois da desprotonación do bicarbonato, o oxíxeno do bicarbonato actúa como un nucleófilo e ataca o fosfato gamma do ATP. O intermediario carboxifosfato descomponse rapidamente a CO2 e PO43−. O PO43− desprotona a biotina, creando un enolato, estabilizado pola Arg338, que seguidamente ataca o CO2, o que ten como resultado a produción de carboxibiotina. A carboxibiotina translócase ao sitio activo da carboxil transferase (CT), onde o grupo carboxilo se transfire ao acetil-CoA. A diferenza do dominio BC, sábese pouco sobre o mecanismo de reacción de CT. Un mecanismo proposto é a liberación de CO2 desde a biotina, que seguidamente extrae un protón do grupo metilo da acetil-CoA carboxilase. O enolato resultante ataca o CO2 para formar malonil-CoA. Nun mecanismo competidor, a extracción do protón está concertada co ataque do acetil-CoA.

 Función 
A función da ACC é regular o metabolismo dos ácidos graxos. Cando o encima está activo, orixínase o produto malonil-CoA, que é un bloque de construción para a síntese de novos ácidos graxos e pode inhibir a transferencia do grupo acilo graxo do acil-CoA á carnitina coa carnitina aciltransferase, que inhibe a beta-oxidación dos ácidos graxos nas mitocondrias.

En mamíferos, exprésanse dúas isoformas principais da ACC: ACC1 e ACC2, que difiren en distribución nos tecidos e función. A ACC1 atópase no citoplasma de todas as células, pero está en maior cantidade nos tecidos lipoxénicos, como o tecido adiposo e as glándulas mamarias lactantes, onde a síntese de ácidos graxos é importante. En tecidos oxidativos, como o músculo esquelético e o corazón, a proporción de ACC2 expresada é maior. A ACC1 e a ACC2 son ambas expresadas a alto nivel no fígado, onde a oxidación e síntese de ácidos graxos son importantes.  As diferenzas en distribución nos tecidos indican que a ACC1 mantén a regulación da síntese de ácidos graxos, mentres que a ACC2 principalmente regula a oxidación de ácidos graxos (beta-oxidación).

Unha isoforma mitocondrial da ACC1 (mtACC1) xoga un papel parcialmente redundante na síntese de ácido lipoico e, xa que logo, na lipoilación de proteínas ao proporcionar malonil-CoA para a síntese de ácidos graxos mitocondrial en tándem coa ACSF3.

 Regulación 
500px|right|miniatura|Control da acetil-CoA carboxilase. A quinase regulada por AMP realiza a fosforilación do encima (o que o inactiva) e o encima fosfatase retira o grupo fosfato.

A regulación da ACC de mamíferos é complexa, para controlar dúas poboacións distintas de moléculas de malonil-CoA que dirixen a inhibición da beta-oxidación ou a activación da biosíntese de lípidos.

As ACC1 e ACC2 de mamíferos son reguladas transcricionalmente por múltiples promotores que determinan a abundancia de ACC en resposta ao estado nutricional da célula. A activación da expresión xénica por diferentes promotores dá lugar a empalme alternativo do ARNm; porén, a importancia fisiolóxica de isocimas ACC específicos non está clara. A sensibilidade ao estado nutricional orixínase polo control destes promotores por factores de tanscrición como a proteína de unión ao elemento regulador do esterol 1, controlada pola insulina a nivel transcricional, e a ChREBP, que incrementa a súa expresión con dietas altas en carbohidratos.

Por medio dun bucle alimentado cara a diante, o citrato activa alostericamente a ACC. O citrato pode incrementar a polimerización da ACC para incrementar a actividade encimática; porén, non está claro se a polimerización é o principal mecanismo do citrato para incrementar a actividade da ACC ou se a polimerización é un artefacto dos experimentos in vitro. Outros activadores alostéricos son o glutamato e outros ácidos dicarboxílicos. Os acilo graxo-CoAs de cadea curta e longa son inhibidores por retroalimentación negativa da ACC. Un deses moduladores alostéricos negativos é o palmitoíl-CoA.

A fosforilación pode producirse cando as hormonas glicagón ou epinefrina se unen á receptores da superficie celular, mais a causa principal da fosforilación débese ao aumento dos niveis de AMP cando o estado enerxético da célula é baixo, o que leva á activación da proeína quinase activada por AMP (AMPK). A AMPK é o principal regulador de tipo quinase da ACC, con capacidade de fosforilar varios residuos de serina en ambas as isoformas da ACC. Na ACC1, a AMPK fosforila a Ser79, Ser1200 e Ser1215. A proteína quinase A tamén ten a capacidade de fosforilar a ACC, pero con moita maior capacidade de fosforilar a ACC2 que a ACC1. As Ser80 e Ser1263 da ACC1 poden tamén servir como sitio de fosforilación como mecanismo regulador. Porén, actualmente non se coñece a importancia fisiolóxica da proteína quinase A (PKA) na regulación da ACC. Hipotetízase que hai outras quinases da ACC importantes para esta regulación, xa que hai moitos outros sitios posibles de fosforilación na ACC.

Cando a insulina se une aos seus receptores da membrana plasmática, activa un encima fosfatase chamado proteína fosfatase 2A (PP2A) para desfosforilar o encima; eliminando dese xeito o efecto inhibitorio. Ademais, a insulina induce unha fosfodiesterase que rebaixa o nivel de AMPc na célula, inhibindo así a PKA, e tamén inhibe directamente a AMPK.

Esta proteína pode usar o modelo da morfeeína de regulación alostérica.

 Importancia clínica 
Na intersección das vías de síntese de lípidos e da súa oxidación, a ACC presenta moitas posibilidades clínicas para a produción de novos antibióticos e o desenvolvemento de novas terapias para a diabetes, obesidade e outras manifestacións da síndrome metabólica. Os investigadores tratan de aproveitar as diferenzas estruturais entre as ACCs bacterianas e humanas para crear antibióticos específicos contra as ACCs bacterianas, nun intento de minimizar os efectos laterais nos pacientes. Entre os resultados prometedores que indican a utilidade dun inhibidor da ACC están o descubrimento de que os ratos sen expresión de ACC2 teñen unha oxidación de ácido graxos continua, unha redución da masa graxa corporal e diminución do peso corporal malia aumentaren o consumo de alimentos. Estes ratos están tamén protexidos da diabetes. A falta de ACC1 en ratos mutantes é letal xa na etapa embrionaria. Con todo, non se coñece se os fármacos que atacan as ACCs en humanos deben ser específicos para a ACC2.

O Firsocostat (antes chamado GS-976, ND-630, NDI-010976) é un potente inhibidor alostérico da ACC, actuando no dominio BC da ACC. O Firsocostat estaba en desenvolvemento en 2019 (fase II) pola compañía farmacéutica Gilead como parte dun tratamento de combinación para a esteatohepatite non alcohólica, que se cre é causa dun incremento da insuficiencia hepática.

Ademais, os inhibidores da ACC selectivos para plantas son amplamente utilizados como herbicidas, o cal suxire aplicacións clínicas contra parasitos Apicomplexa que dependen dunha isoforma de ACC derivada de plantas, incluíndo a malaria.

Os inhibidores da ACC no grupo 23 da IRAC son usados como insecticidas / acaricidas.

Os fenotipos clínicos heteroxéneos da doenza metabólica aciduria malónica e metilmalónica combinada  debido á deficiencia de ACSF3 pénsase que son o resultado da compensación parcial dunha isoforma mitocondrial do ACC1 (mtACC1) para a deficiencia de ACSF3 na síntese de ácidos graxos mitocondrial.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros rtigos 
 Herbicidas inhibidores da ACCase
 Malonil-CoA descarboxilase

 Bibliografía 





Categoría:Ligases