La carnitina O-octanoiltransferasa (CROT o COT) es un miembro de la familia de las transferasas, más específicamente una carnitina aciltransferasa, un tipo de enzima que cataliza la transferencia de grupos acilo de los acil-CoA a la carnitina, generando CoA y una acil-carnitina. (EC 2.3.1.137) Específicamente, la CROT cataliza la reacción química:
octanoilo-CoA + L-carnitina CoA + L-octanoylcarnitine
Por lo tanto, los dos sustratos de esta enzima son octanoil-CoA y L-carnitina, y sus dos productos son CoA y L-octanoilcarnitina.
Esta reacción es fácilmente reversible y no requiere aporte energético, ya que tanto los acil-CoA grasos como las acilcarnitinas grasas se consideran formas químicamente "activadas" de los grupos acilo grasos.
Nomenclature
El nombre sistemático de esta enzima es octanoil-CoA:L-carnitina O-octanoiltransferasa. Otros nombres comunes son:
carnitina de cadena media / cadena acyltransferase,
carnitina de cadena media acyltransferase,
fácilmente solubilizado mitocondrial carnitina palmitoyltransferase, y
Esta enzima pertenece a la familia de las transferasas, específicamente a aquellas aciltransferasas que transfieren grupos distintos de los grupos aminoacilo.
Estructura
Sitio activo His327El CROT tiene una longitud de 612 aminoácidos y un peso molecular de aproximadamente 70 kDa. En términos de sus características estructurales generales, el CROT tiene 20 hélices α y 16 cadenas β, y se puede dividir en dos dominios generales, denominados N y C.
A finales de 2007, se habían resuelto cuatro estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso PDB 1XL7, 1XL8, 1XMC y 1XMD.
CROT en complejo con carnitina
Otra representación del bolsillo activo CROT en complejo con carnitina
El residuo catalítico significativo en todas las carnitina aciltransferasas, incluida la CROT, es un residuo de histidina, confirmado mediante estudios de mutagénesis dirigida. En la CROT, este residuo se encuentra en la posición 327. Este residuo, junto con el resto del sitio activo, se encuentra en la interfaz entre los dominios N y C. El sitio activo estabiliza la carnitina mediante una intrincada red de residuos con enlaces de hidrógeno, junto con una molécula clave de agua. La cadena acilo, más larga, se estabiliza mediante residuos hidrófobos dispuestos de forma aproximadamente cilíndrica.Como cabría esperar de miembros de la misma familia enzimática, existe una fuerte similitud entre las estructuras de la carnitina acetiltransferasa (CRAT) y la CROT, ya que estas enzimas presentan una homología de secuencia del 36%. Una diferencia clave entre estas enzimas, que podría explicar su selectividad entre acil-CoA de cadena corta y media, reside en un residuo de glicina presente en el sitio de unión del acilo en la CROT, Gly-553. Sin embargo, en la CRAT, el residuo en la misma posición en el sitio de unión del acilo es un residuo de metionina, Met-564. Se ha demostrado que estos residuos actúan como "guardianes" del sustrato tanto en la CRAT como en la CROT. Se ha demostrado que los mutantes M564G de la CRAT aceptan una mayor variedad de sustratos de acil-CoA. De forma similar, los mutantes G553M de la CROT muestran una marcada inactividad con el octanoil-CoA, mientras que mantienen la actividad con los acil-CoA de cadena corta.
Función
Una de las funciones de la CROT es suministrar acetil-CoA a las células con deficiencia de glucosa. En ausencia de la carnitina acetiltransferasa (CRAT), las aciltransferasas como la CROT pueden catalizar la transferencia del grupo acetilo de la acetilcarnitina a la coenzima A. Experimentos de rescate con células con el gen CROT inactivado han demostrado que la CROT peroxisomal puede mediar la producción de acetil-CoA en condiciones de glucosa limitada. El peroxisoma puede entonces exportar estos productos al citosol.
Localización
Aunque la CROT se distribuye a ambos lados de las vesículas microsomales, también se ha descubierto que la mayor parte de su actividad en el hígado murino se concentra en la cara citoplasmática de las vesículas y el retículo endoplasmático. La CROT podría contribuir a la conversión de derivados peroxisomales de acilcarnitina de cadena media en derivados de acil-CoA de cadena media. Estos pueden posteriormente alimentar diversas vías biosintéticas para elongaciones y otras modificaciones.Además, la tripsina inhibe la CROT de forma dosis-dependiente. Se observó una inhibición máxima del 60 % en la CROT purificada, similar a la observada con la carnitina palmitoiltransferasa (CPT). La actividad de la CROT también parece inhibirse en la misma medida tanto en membranas microsomales permeables como selladas.Se cree que el CROT se localiza peroxisomalmente. Se descubrió que la administración de di(2-etilhexil)ftalato (DEHP), un proliferador peroxisomal, a ratas Wistar provocó un aumento de la expresión del CROT de 14,1 veces. Esto se debió a una mayor traducción del ARNm del CROT, junto con una disminución de su degradación de 1,5 veces.También se ha reportado actividad de CROT en hígado, riñón, adipocitos, glándula mamaria, músculo esquelético y tejido cardíaco de ratones. Se observó que la actividad de CROT en el riñón era mayormente manifiesta, mientras que en el hígado y el corazón era principalmente latente. Curiosamente, se observó la tendencia opuesta en una enzima relacionada, la carnitina palmitoil transferasa (CPT).
Sustratos
Reacción canónica CROT
Otros acyl-CoAs que CROT puede tomar como sustratos
Si bien el sustrato canónico de CROT es el octanoil-CoA, también se sabe que CROT puede catalizar la desacilación de numerosos acil-CoA, como acetil-CoA, propionil-CoA, butiril-CoA y hexanoil-CoA. CROT también puede tomar acil-CoA grasos de cadena ramificada como sustratos, como el 4,8-dimetilnonanoil-CoA, derivado del metabolismo del ácido pristánico en el peroxisoma.
Reglamento
Dado que la actividad de CROT participa en la betaoxidación de ácidos grasos y la síntesis de cuerpos cetónicos, es un punto importante de regulación. Un inhibidor conocido de CROT es el malonil-CoA, que inhibe CROT de forma no lineal. Se observa un comportamiento cinético complejo cuando se incuba malonil-CoA con CROT purificado.Una disminución del pH también puede aumentar la inhibición de la CROT por malonil-CoA. Algunos estudios han indicado que al reducir el pH de las condiciones de ensayo de 7,4 a 6,8, la inhibición podría aumentar entre un 20 y un 30 %. Además, la Ki de la malonil-CoA en la CROT disminuye de 106 µM a 35 µM con esta disminución. Este cambio no se observa para la palmitoil-CoA ni la decanoil-CoA. Sin embargo, el grado de inhibición de la malonil-CoA es similar al observado con otros ésteres de acil-CoA de cadena corta, como la glutaril-CoA, la hidroximetilglutaril-CoA y la metilmalonil-CoA.El estado de ionización del malonil-CoA no cambia significativamente en el rango de pH de 7,4 a 6,8. El cambio en la sensibilidad a los inhibidores podría deberse al residuo His-327 del sitio activo de CROT. El malonil-CoA también se encuentra en una concentración celular menor (1-6 µM) que su Ki. Por lo tanto, su inhibición de CROT podría no ser fisiológicamente significativa en condiciones homeostáticas.
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