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真核生物异柠檬酸脱氢酶研究新进展

真核生物异柠檬酸脱氢酶研究新进展

发布时间:2019-03-28

IDH是一类广泛存在于生物体中的酶家族,该酶以NADP或NAD为辅酶催化异柠檬酸氧化脱羧生成a-酮戊二酸。真核生物具有NADP和NAD依赖型的两种IDH,其中NADP-IDH存在于细胞浆、线粒体和过氧化物酶体中,被发现主要在细胞抗氧化损伤、活性氧自由基的解毒以及脂肪和胆固醇合成中起重要作用;而NAD-IDH存在于线粒体内,被认为是三羧酸循环的限速酶。

丁建平研究组长期从事真核生物异柠檬酸脱氢酶的结构和功能研究,先后测定了人胞浆NADP-IDH和酵母线粒体NADP-IDH与辅酶、底物、金属离子和产物等复合物的晶体结构,并开展了生化和功能研究,揭示了NADP-IDH发挥生物学功能及其导致疾病发生的分子基础。

哺乳动物NAD-IDH是由a、b和g三种亚基以2:1:1的比例组装而成,其中a亚基是催化亚基,参与底物、辅因子、金属离子的结合,而b和g亚基被认为是调节亚基,可能具有结合调节因子的能力。前期他人研究工作发现,哺乳动物NAD-IDH可以受到柠檬酸CIT、ADP等因子的别构调节,从而改变自身对底物异柠檬酸ICT的亲和力,但不影响最大反应速率。a和b亚基或者a和g亚基可以形成基本的结构单元、并分别具有一定的活力,ab和ag异元二聚体组装成八聚体全酶发挥功能,但是b和g两种调节亚基在结构和功能上的差异,以及它们进行别构调节的机制还不清楚。

丁建平研究组的助理研究员马腾飞等人系统地研究了人源NAD-IDH全酶以及ab和ag异元二聚体受调节因子激活前后的酶学性质。生化数据表明,ab和ag异元二聚体均具有催化活力,但是表现出不同的酶学性质。ag异元二聚体体现出与全酶相似的酶动力学参数,可以受到CIT和ADP的别构调节,并且可以受到低浓度ATP的激活及高浓度ATP的抑制。与之不同,ab异元二聚体不能被CIT和ADP别构调节,并且只能受到ATP的抑制。

通过突变体的实验研究人员还发现,在受调节因子激活前后,ab和ag异元二聚体对全酶酶活力的贡献是相当的,并且都可以通过g亚基而非b亚基受到CIT和ADP的别构调节。这些研究结果首次阐明了b和g调节亚基在功能上的差异,即在人源NAD-IDH全酶中g亚基发挥调节功能,而b亚基主要在全酶组装中发挥结构功能。