線粒體硫辛酸合成與能量代謝調(diào)控

線粒體硫辛酸合成與能量代謝調(diào)控

線條（mitochookien，mt）是細(xì)胞代謝的中心。線粒體是進(jìn)行氧化磷酸化的主要場所,是鈣離子的儲存庫,參與調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡并攜帶遺傳基因。有研究發(fā)現(xiàn),線粒體具有重要的合成功能,即合成短鏈脂肪酸和氨基酸1-羥烷基-acp還原酶內(nèi)源性LA由細(xì)胞內(nèi)的辛酸合成而來,辛酸是mtFASII的直接產(chǎn)物,該合成通路由六種酶組成(圖2),它們分別是丙二酰-CoA/ACP轉(zhuǎn)移酶(malonylcoenzymeA/acyl-carrierproteintransferase,MCAT)、3-酮脂酰-ACP合成酶(3-oxoacyl-acyl-carrierproteinsynthase,OXSM)、3-酮脂酰-ACP還原酶(3-oxoacylacyl-carrierproteinreductase,KAR1)、3-羥烷基-ACP脫氫酶(3-hydroxyacyl-acyl-carrierproteindehydratase,HsHTD2)、2-烯?；?ACP還原酶(2-enoyl-acyl-carrierproteinreductase,MECR)和硫辛酸合成酶(lipoicacidsynthase,LIAS)3-酮脂酰-ACP還原酶在FASI和mtFASII都存在,屬于短鏈脫氫酶(還原酶超家族)。哺乳動物3-酮脂酰-ACP還原酶由兩個(gè)亞單位組成,即17β-羥?；惞檀济摎涿?(17β-HSB8)和羰基還原酶4(CBR4)3-羥烷基-ACP脫氫酶屬于硫酯/硫醇脂類脫水酶/異構(gòu)酶(TED1)超家族的脫水酶亞家族。在酵母細(xì)胞中,3-羥烷基-ACP脫氫酶基因突變,具有引起呼吸功能障礙、線粒體出現(xiàn)細(xì)胞色素缺失、硫辛酸含量降低等特點(diǎn)。哺乳動物不存在與酵母3-羥烷基-ACP脫氫酶同源的基因。而人類核糖核酸酶P(RNaseP)的RPP14亞基具有3-羥烷基-ACP脫氫酶的活性。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),人類RPP14亞基cDNA有兩個(gè)編碼框,其中3′端編碼框的產(chǎn)物具有3-羥烷基-ACP脫氫酶的活性2-烯?；?ACP還原酶催化辛酸合成最后一步。在mtFASII中,CoA和ACP硫酯都可作為2-烯?；?ACP還原酶蛋白的反應(yīng)底物。在原核細(xì)胞中,2-烯?；?ACP還原酶屬于短鏈脫氫酶/還原酶家族,而在真核線粒體中,2-烯?；?ACP還原酶屬于中鏈乙醇脫氫酶/還原酶家族。2硫辛酸和硫酸的轉(zhuǎn)化哺乳動物細(xì)胞的LA分內(nèi)源和外源兩種,兩者的作用不完全一樣。外源的來自于食物,內(nèi)源的由線粒體合成。目前,對于LA合成通路的認(rèn)識主要源于對大腸桿菌的研究。辛酸是硫辛酸的前體。在大腸桿菌研究中,LA的合成反應(yīng)始于辛酸。首先,在硫辛酰基(辛?；?蛋白連接酶(LipB)作用下,將辛?；D(zhuǎn)移至ACP上;然后,硫辛酸合成酶(哺乳動物為LIAS)將硫基轉(zhuǎn)移到辛?；?完成硫辛酸合成大腸桿菌也可在辛?；D(zhuǎn)移酶(LplA)的催化下,直接將外源硫辛酸或辛酸轉(zhuǎn)移到蛋白上,進(jìn)行蛋白脂?；揎?。該轉(zhuǎn)移過程分兩步進(jìn)行:首先,LA被激活成硫辛酰-AMP(adenosinemonophosphate,一磷酸腺苷);然后轉(zhuǎn)移至靶蛋白上,對底物蛋白進(jìn)行脂?；揎棥Ｔ谏?xiàng)l件下,是否存在游離的LA還不太清楚。因?yàn)閷A從脂?；鞍咨厢尫懦鰜?需去脂?；?而大腸桿菌中并沒有這種酶3脂?；磻?yīng)中三種酶的合作蛋白翻譯后修飾是蛋白功能調(diào)節(jié)的主要方式之一。蛋白修飾有很多種,其名稱和分類取決于修飾所用的化學(xué)基團(tuán),常見的修飾包括磷酸化、乙?；?、甲基化和泛素化等。對于這些修飾的介紹已有多篇文獻(xiàn),而關(guān)于脂?；揎椀奈墨I(xiàn)還很少在哺乳動物中,蛋白脂?；磻?yīng)需三種酶參與,即脂酰轉(zhuǎn)移酶1(lipoyltransferase1,LIPT1)、脂酰轉(zhuǎn)移酶2(LIPT2)和硫辛酸合成酶(lipoicacidsynthase,LIAS)(圖3)。脂酰化反應(yīng)的第一步是將游離的辛酸結(jié)合到載體蛋白上,該過程可能由脂酰轉(zhuǎn)移酶2或硫辛酸激活酶(ACSM1,?；?CoA合成酶中鏈家族1)催化進(jìn)行4dragrenge基因的代謝蛋白脂?；诰€粒體中調(diào)節(jié)多個(gè)酶的活性,目前已知受脂?；{(diào)節(jié)的酶有五個(gè)。它們分別是調(diào)節(jié)糖代謝的丙酮酸脫氫酶(pyruvatedehydrogenase,PDH)、α-酮戊二酸脫氫酶(α-ketoglutaratedehydrogenase,α-KDH),及調(diào)節(jié)氨基酸代謝的甘氨酸裂解酶系統(tǒng)(glycinecleavagesystem,GC)、支鏈酮酸脫氫酶(branchedchainketoaciddehydrogenase)和2-氧代己二酸脫氫酶(2-oxoadipatedehydrogenase)5羧酸循環(huán)衍生物哺乳動物FASII途徑的發(fā)現(xiàn),使“硫辛酸是維生素,可從外源攝入”的假設(shè)遭到了質(zhì)疑。關(guān)于人工合成LA的攝入及保健作用的研究很多,但外源LA在體內(nèi)的利用率仍需進(jìn)一步研究。外源LA在哺乳動物體內(nèi)的終產(chǎn)物也不清楚。目前,LA被認(rèn)為是抗氧化劑和內(nèi)源性抗氧化劑的誘導(dǎo)劑。在許多生物中,三羧酸循環(huán)和支鏈氨基酸的降解反應(yīng)都需要硫辛酸目前在真核細(xì)胞線粒體中已發(fā)現(xiàn)了一些類似催化大腸桿菌脂肪酸合成的酶,其中包括最早在酵母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的真核細(xì)胞硫辛酸合成酶(lipoicacidsynthase,LIP5)。酵母硫辛酸合成酶(LIP5)基因與大腸桿菌LipA高度相似,該基因突變導(dǎo)致酵母菌出現(xiàn)呼吸功能障礙,在突變酵母菌培養(yǎng)基中添加LA,呼吸功能障礙未得到修復(fù),并且LIP5基因缺失的酵母菌株無脂?；牡鞍椎袌?bào)道稱,在細(xì)胞培養(yǎng)過程中添加LA,對敲除硫辛酸合成酶基因的細(xì)胞是有益的6糞腸球形的合成目前,關(guān)于蛋白去脂酰化反應(yīng)的信息很少。還不知道有多少種去脂酰酶存在。至今,唯一鑒定出的去脂?；?硫酰胺酶)是糞腸球菌Lpa。糞腸球菌只能利用外源LA,而自身無法合成LA。在豬腦、酵母菌和哺乳動物存在去脂?；?但這些酶的理化特性還不清楚7硫辛酸的藥代動力學(xué)mtFASII通路缺陷與LA合成缺陷有類似癥狀,包括胚胎發(fā)育障礙、視神經(jīng)疾病等(圖4)。在人腎上皮細(xì)胞(293T