Metyylimalonyylikoentsyymi-A-mutaasi

Metyylimalonyylikoentsyymi-A-mutaasi on entsyymi, joka katalysoi (2R)-metyylimalonyylikoentsyymi-A:n eli -metyylimalonyylikoentsyymi-A:n reversiibeliä toisiintumista sukkinyylikoentsyymi-A:ksi ja vaatii koentsyymikseen B12-vitamiinin johdannaisen kobamamidin eli adenosyylikobalamiinin. Entsyymiä esiintyy useissa eläimissä, bakteereissa ja arkeissa. Metyylimalonyylikoentsyymi-A on tärkeä entsyymi eräiden amino- ja rasvahappojen metaboliassa. Sen EC-numero on EC 5.4.99.2.
Rakenne.
Metyylimalonyylikoentsyymi-A-mutaasi on rakenteeltaan kahdesta samanlaisesta alayksiköstä koostuva heterodimeeri. Ihmisen entsyymin molekyylimassa on noin 144–145 kDa. Metyylimalonyylikoentsyymi-A-mutaasi on yksi kolmesta kobamamidia koentsyyminään hyödyntävistä entsyymeistä. Entsyymi sitoutuu kobamamidin koboltti-ioniin histidiiniaminohapon sivuketjun avulla syrjäyttäen koentsyymin bentsimidatsolirenkaan. Entsyymin aktiivisessa muodossa koboltti on hapetusluvulla +III.
Toimintamekanismi.
Metyylimalonyylikoentsyymi-A-mutaasin katalysoiman reaktion reaktiomekanismi on sikäli poikkeuksellinen, että se sisältää hiiliradikaalin muodostumisen. Kobamamidissa koboltin ja adenosyyliryhmän välinen kovalenttinen sidos on suhteellisen heikko, minkä vuoksi se katkeaa helposti. Katkeaminen tapahtuu homolyyttisesti siten, että koboltti-ioni pelkistyy hapetusluvulle + II ja muodostuu 5'-deoksiadenosyyliradikaali. Tämä radikaali on hyvin reaktiivinen ja irrottaa (2R)-metyylimalonyylikoentsyymi-A:n metyyliryhmältä protonin muodostaen uuden radikaalin ja 5'-deoksiadenosiinin. Tämä muodostunut radikaali syklisoituu muodostaen syklopropyloksiradikaalin, jonka jännittynyt rengasrakenne aukeaa muodostaen isomeerisen suoraketjuisen radikaalin. Tämä radikaali vastaanottaa protonin 5'-deoksiadenosiinilta muodostaen sukkinyylikoentsyymi-A:ta ja uuden 5'-deoksiadenosyyliradikaalin. Metyylimalonyylikoentsyymi-A-mutaasi kykenee katalysoimaan isomeroitumista toiseen suuntaan eli muodostamaan metyylimalonyylikoentsyymi-A:ta sukkinyylikoentsyymi-A:sta. Koska reaktiomekanismissa muodostuu hyvin reaktiivisia radikaaleja voi tapahtua sivureaktioita, joissa radikaalit reagoivat koentsyyminä toimivan kobamamidin kanssa. Tämä johtaa entsyymin inaktivoitumiseen. Kobamamidin biosynteesiin osallistuva adenosyylitransferaasi toimii metyylimalonyylikoentsyymi-A-mutaasin laskostumista ohjaavana saperonina.
Metyylimalonyylikoentsyymi-A-mutaasin toiminnan häiriöt.
Metyylimalonyylikoentsyymi-A-mutaasin toiminnan häiriöitä ja niihin johtavia geenimutaatioita tunnetaan kaksi. Toimintahäiriöt voivat johtua joko itse entsyymin puutoksesta tai vajaavaisesta toiminnasta tai elimistön kyky syntetisoida koentsyyminä toimivaa kobamamidia B12-vitamiinista on heikentynyt. Nämä häiriöt johtavat metyylimalonyylikoentsyymi-A-mutaasin osittaiseen tai täydelliseen aktiivisuuden laskuun. Tämän vuoksi metyylimalonyylikoentsyymi-A:n ja metyylimalonihapon pitoisuudet elimistössä kohoavat vaarallisen korkeaksi. Ensyymin toiminnan häiriöt havaitaan jo vastasyntyneillä lapsilla. Entsyymin puutos tai puutteellinen toiminta aiheuttaa neurologisia oireita, kuten kehitysvammaisuutta. Hoitamattomana tila johtaa kuolemaan. Mikäli toimintahäiriön aiheuttaa puutteellinen kobamamidin muodostuminen, voidaan sitä hoitaa B12-vitamiinilisän avulla. Muissa tapauksissa hoitona on ruokavalio, jossa valiinin, isoleusiinin, treoniinin ja metioniinin saantia rajoitetaan, koska näiden aminohappojen aineenvaihdunnan tuloksena muodostuu metyylimalonyylikoentsyymi-A:ta.