Мультиферментные комплексы

Мультиферментный комплекс — это стабильная структура, в которой несколько различных каталитических активностей (и часто кофакторы, которые их связывают) объединены в одну надмолекулярную частицу. Путем совместной локализации последовательных реакций такие комплексы могут координировать катализ, направлять промежуточные продукты и представлять собой единую регуляторную мишень для всей последовательности реакций.

Definition

Мультиферментный комплекс — это нековалентная (или, в случае многофункциональных ферментов, ковалентная) сборка из двух или более ферментов, которые катализируют последовательные или функционально связанные реакции, организованные таким образом, что катализ и часто перенос промежуточных продуктов координируются в рамках единой структуры.

Scope

Эта тема охватывает определение и архитектуру мультиферментных комплексов, канонические примеры, такие как комплексы альфа-кетокислотных дегидрогеназ и синтаза жирных кислот, различие между ковалентно слитыми многофункциональными ферментами и нековалентными сборками, а также более рыхлые, транзиторные сборки, иногда называемые метаболонами. Это справочно-образовательная тема в энзимологии, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как несколько каталитических активностей организованы в одной частице и как устанавливается их стехиометрия?
• Какие функциональные преимущества дает сборка по сравнению с теми же ферментами, действующими по отдельности?
• Чем ковалентные многофункциональные ферменты отличаются от нековалентных комплексов и от транзиторных метаболонов?
• Как регулируются целые комплексы как единицы?

Key concepts

• Многофункциональный фермент против нековалентного комплекса
• Каталитическое ядро и периферические субъединицы
• Кофакторное сопряжение с «подвижным рычагом»
• Метаболон (транзиторная сборка последовательных ферментов)
• Скоординированная регуляция сборки
• Сопряжение активных центров

Mechanisms

Мультиферментные комплексы организуют последовательные реакции в пространстве. В комплексах альфа-кетокислотных дегидрогеназ, описанных Ридом, множественные копии трех ферментов-компонентов собираются вокруг структурного ядра, а липоильный «подвижный рычаг» переносит промежуточный продукт реакции между активными центрами компонентов, что иллюстрирует связь активных центров внутри сборки. Срере обобщил эту картину на комплексы последовательных метаболических ферментов, утверждая, что физическая ассоциация может координировать поток и направлять промежуточные продукты, и ввел более широкое понятие метаболона для более рыхлых, охватывающих весь путь сборок. Хуанг и коллеги связывают такую организацию с направлением субстрата, в то время как Свитлав и Ферни подчеркивают, что многие сборки динамичны, образуются и распадаются в ответ на метаболическое состояние.

Clinical relevance

Мультиферментные комплексы осуществляют реакции, центральные для энергетического метаболизма и биосинтеза человека, а наследственные или приобретенные дефекты в их компонентах изучаются в контексте метаболических заболеваний. Эта статья описывает, как организованы такие комплексы, и предназначена для справки и образования; она не является основой для диагностики или лечения.

History

Работа над мультиферментными комплексами была основана на многолетних исследованиях Рида комплексов альфа-кетокислотных дегидрогеназ, которые проследили роль липоевой кислоты и показали, как несколько ферментов собираются вокруг ядра с механизмом «подвижного рычага». Обзор Срере 1987 года ввел в широкое употребление концепцию комплексов последовательных метаболических ферментов — и идею метаболона, а последующие структурные и динамические исследования, рассмотренные Свитлавом и Ферни, расширили картину до транзиторных, зависящих от условий сборок.

Debates

Насколько реальны и стабильны метаболоны в физиологических условиях?

Являются ли слабо ассоциированные последовательные ферменты функционально значимыми метаболонами in vivo, или наблюдаемые ассоциации являются артефактами высокой концентрации или конкретных методов, остается активным вопросом.

Key figures

• Lester J. Reed
• Paul A. Srere
• Frank M. Raushel

Seminal works

• reed-2001
• srere-1987

Frequently asked questions

Какой классический пример мультиферментного комплекса?

Комплекс пируватдегидрогеназы — это хрестоматийный пример: он объединяет три различных фермента и использует липоильный «подвижный рычаг» для передачи промежуточного продукта между их активными центрами, превращая пируват в ацетил-КоА в скоординированной последовательности.

Что такое метаболон?

Метаболон — это термин, популяризированный Срере, для обозначения транзиторного надмолекулярного комплекса последовательных метаболических ферментов, который собирается для координации потока через путь и может распадаться при изменении условий.