Acetyl-CoA-Carboxylasen

Acetyl-CoA-Carboxylase
Masse/Länge Primärstruktur	2346 Aminosäuren
Sekundär- bis Quartärstruktur	Dimer, Tetramer, Oligomer
Kofaktor	Biotin, Mn²⁺
Isoformen	4
Bezeichner
Gen-Name(n)	ACACA, ACACB
Externe IDs	OMIM: 200350 UniProt: Q13085
Enzymklassifikationen
EC, Kategorie	6.4.1.2, Ligase
Reaktionsart	Addition
Substrat	ATP + Acetyl-CoA + HCO₃⁻ + H⁺
Produkte	ADP + Malonyl-CoA + Phosphat + H₂O
EC, Kategorie	6.3.4.14, Carboxylase
Reaktionsart	Carboxylierung
Substrat	ATP + Protein-Biotin + HCO₃⁻ + H⁺
Produkte	ADP + Protein-Carboxybiotin + Phosphat + H₂O
Vorkommen
Homologie-Familie	Hovergen
Übergeordnetes Taxon	Lebewesen

Die Acetyl-CoA-Carboxylase (ACC) ist das Enzym, das die chemische Addition von Kohlenstoffdioxid an Acetyl-CoA katalysiert, wobei Malonyl-CoA entsteht. Diese Reaktion ist der erste und geschwindigkeitsbestimmende Schritt bei der Fettsäuresynthese aller Lebewesen. Im Detail findet die Reaktion in zwei Schritten statt, die nur bei Eukaryoten und manchen Bakterien von ein und demselben Enzym katalysiert werden; bei allen anderen sind dazu zwei Enzyme notwendig. Der Mensch weist zwei Isozyme ACC1 (zytosolisch) und ACC2 (mitochondrial) auf, die von den Genen ACACA und ACACB kodiert werden. Zudem spielt eine mitochondriale Isoform von ACC1 (mACC1) eine teilweise redundante Rolle bei der Liponsäurebiosynthese und somit bei der Proteinlipoylierung, da sie im Tandem mit ACSF3, Malonyl-CoA für die mitochondriale Fettsäuresynthese (mtFASII) liefert.^[1]^[2]

Zusätzlich zu ihrer Regulation durch Transkriptionsfaktoren (SREBP1) oder Phosphorylierung durch AMPK wird die ACC-Aktivität durch den Grad der Enzympolymerisation gesteuert, der von dem Protein MIG12 beeinflusst wird.^[3]^[4]

Katalysierte Reaktion

Reaktionsmechanismus der ACC1/2

Die stattfindende Gesamtreaktion lautet:

$\mathrm {ATP+Acetyl{\text{-}}CoA+HCO_{3}^{-}+{\text{2 }}H_{2}O\longrightarrow ADP+Malonyl{\text{-}}CoA+{\text{2 }}H_{3}O^{+}+P_{i}}$

Im Detail sind es zwei Reaktionen nacheinander:

$\mathrm {ATP+HCO_{3}^{-}+Protein{\text{-}}Biotin+{\text{2 }}H_{2}O\longrightarrow ADP+Protein{\text{-}}Biotin{\text{-}}COO^{-}+{\text{2 }}H_{3}O^{+}+P_{i}}$

Zunächst wird Carbonat an den Biotinrest addiert, was ein Molekül ATP verbraucht.

$\mathrm {Protein{\text{-}}Biotin{\text{-}}COO^{-}+Acetyl{\text{-}}CoA\rightleftharpoons Protein{\text{-}}Biotin+Malonyl{\text{-}}CoA}$

Dann wird Carbonat auf Acetyl-CoA übertragen. Beide Reaktionen finden bei Tieren an demselben Enzym statt, das sowohl die beiden notwendigen katalytischen Domänen trägt, als auch als Biotin-Trägerprotein dient. Bei allen anderen Organismen befinden sich diese Bindestellen auf mehreren Einzelproteinen, die wiederum einen Proteinkomplex bilden.^[5]

Pathologie

Mutationen im ACACA-Gen können zu Enzymdefekten und diese zur seltenen Erbkrankheit der ACC-Defizienz mit schweren Hirnschäden und Muskelschwäche führen.^[6]^[5]

Es wird angenommen, dass bei der Stoffwechselerkrankung kombinierte Malon- und Methylmalonazidurie (CMAMMA) aufgrund von ACSF3-Mangel, die heterogenen, klinischen Phänotypen durch die teilweise Kompensation der mitochondrialen Isoform von ACC1(mACC1) für die mangelnde ACSF3 bei der mitochondrialen Fettsäuresynthese (mtFASII) entstehen.^[7]

Polymorphismen im ACACB-Gen könnten einer Studie nach für metabolisches Syndrom verantwortlich sein.

Literatur

P. N. Black, C. C. DiRusso: Yeast acyl-CoA synthetases at the crossroads of fatty acid metabolism and regulation. In: Biochimica et biophysica acta Band 1771, Nummer 3, März 2007, S. 286–298. doi:10.1016/j.bbalip.2006.05.003. PMID 16798075. (Review).

Weblinks

Gopinathrao G: Transcriptional activation of Acetyl-CoA carboxylase by ChREBP:MLX. In: reactome.org. EBI, 2007.
Gopinathrao G: Formation of Malonyl-CoA from Acetyl-CoA (muscle). In: reactome.org. EBI, 2007.
Gopinathrao G: pAMPK inactivates ACC2 inhibiting malonyl-CoA synthesis. In: reactome.org. EBI, 2007.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

↑ Geoffray Monteuuis, Fumi Suomi, Juha M. Kerätär, Ali J. Masud, Alexander J. Kastaniotis: A conserved mammalian mitochondrial isoform of acetyl-CoA carboxylase ACC1 provides the malonyl-CoA essential for mitochondrial biogenesis in tandem with ACSF3. In: Biochemical Journal. Band 474, Nr. 22, 15. November 2017, ISSN 0264-6021, S. 3783–3797, doi: 10.1042/BCJ20170416 ( portlandpress.com).
↑ Alexander J. Kastaniotis, Kaija J. Autio, Remya R. Nair: Mitochondrial Fatty Acids and Neurodegenerative Disorders. In: The Neuroscientist. Band 27, Nr. 2, April 2021, ISSN 1073-8584, S. 143–158, doi: 10.1177/1073858420936162.
↑ C. M. Phillips, L. Goumidi u. a.: ACC2 gene polymorphisms, metabolic syndrome, and gene-nutrient interactions with dietary fat. In: Journal of lipid research Band 51, Nummer 12, Dezember 2010, S. 3500–3507. doi:10.1194/jlr.M008474. PMID 20855566. PMC 297572 (freier Volltext).
↑ C. W. Kim, Y. A. Moon u. a.: Induced polymerization of mammalian acetyl-CoA carboxylase by MIG12 provides a tertiary level of regulation of fatty acid synthesis. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Band 107, Nummer 21, Mai 2010, S. 9626–9631. doi:10.1073/pnas.1001292107. PMID 20457939. PMC 290688 (freier Volltext).
↑ ^{Hochspringen nach: a} ^b G. Gago, D. Kurth u. a.: Biochemical and structural characterization of an essential acyl coenzyme A carboxylase from Mycobacterium tuberculosis. In: Journal of bacteriology Band 188, Nummer 2, Januar 2006, S. 477–486. doi:10.1128/JB.188.2.477-486.2006. PMID 16385038. PMC 134727 (freier Volltext).
↑ UniProt O13085, UniProt O00763
↑ Sara Tucci: Brain metabolism and neurological symptoms in combined malonic and methylmalonic aciduria. In: Orphanet Journal of Rare Diseases. Band 15, Nr. 1, Dezember 2020, ISSN 1750-1172, doi: 10.1186/s13023-020-1299-7, PMID 31969167, PMC 6977288 (freier Volltext).

Basierend auf einem Artikel in:

Wikipedia.de