Malát-aspartátový člnok

Malát-aspartátový člnok[1] alebo malátový člnok[2] je biochemický systém na translokáciu elektrónov produkovaných počas glykolýzy cez semipermeabilnú vnútornú membránu mitochondrií na oxidatívnu fosforyláciu prítomný u eukaryotov. Tieto elektróny vstupujú do elektrónového transportného reťazca mitochondrií prostredníctvom redukčných ekvivalentov (FAD, NADH) za vzniku ATP. Systém tohto člnku je potrebný, pretože vnútorná membrána mitochondrií je nepriepustná pre NADH, čo je primárny redukčný ekvivalent elektrónového transportného reťazca. Na obídenie tohto problému sú redukčné ekvivalenty prenášané cez membránu prostredníctvom malátu.

Ilustrácia malát-aspartátového člnku

Malátový člnok sa využíva hlavne v srdci, pečeni a obličkách.[3]

ZloženieUpraviť

Člnok sa skladá zo štyroch proteínov:

MechanizmusUpraviť

 
Rreakcie malát-aspartátového člnku. 1: malát, 2: oxalacetát, 3: aspartát, 4: glutamát, 5: 2-oxoglutarát, cMDH: cytozolová malátdehydrogenáza, cAST: cytozolová aspartátaminotransferáza, mMDH: mitochondriálny malátdehydrogenáza, mAST: mitochondriálna aspartátaminotransferáza, IMR: medzimembránový priestor

Primárnym enzýmom v malát-aspartátovom člnku je malátdehydrogenáza. Malátdehydrogenáza je v člnku prítomná v dvoch formách: mitochondriálna malátdehydrogenáza a cytosolová malátdehydrogenáza. Tieto dve malátdehydrogenázy sa líšia svojou polohou a štruktúrou a v tomto procese katalyzujú svoje reakcie v opačných smeroch.[3]

V cytozole najprv malátdehydrogenáza katalyzuje reakciu oxaloacetátu a NADH za vzniku malátu a NAD+. V tomto procese sú dva elektróny generované a dva protóny z NADH a sprievodného H+ pripojené k oxaloacetátu za vzniku malátu.[3] Akonáhle sa vytvorí malát, prvý antiportér (malát-alfa-ketoglutarátový) importuje malát z cytozolu do mitochondriálnej matrix a súčasne exportuje alfa-ketoglutarát z matrix do cytozolu. Po tom, čo malát dosiahne mitochondriálnu matrix, je konvertovaný mitochondriálnou malátdehydrogenázou na oxaloacetát, počas ktorého sa NAD+ redukuje dvoma elektrónmi za vzniku NADH. Oxalacetát sa potom transformuje na aspartát (keďže oxaloacetát nemôže byť transportovaný do cytozolu) mitochondriálnou aspartátaminotransferázou. Keďže aspartát je aminokyselina, k oxalacetátu je potrebné pridať aminoskupinu. Tú dodáva glutamát, ktorý sa pri tom rovnakým enzýmom premieňa na alfa-ketoglutarát.[3] Druhý antiportér (glutamát-aspartátový antiportér) importuje glutamát z cytozolu do matrix a exportuje aspartát z matrix do cytozolu. Akonáhle je aspartát v cytozole, je konvertovaný cytozolovou aspartátaminotransferázou na oxaloacetát.[3]

VýznamUpraviť

Výsledný efekt malát-aspartátového člnku je čisto redoxný: NADH v cytozole sa oxiduje na NAD+ a NAD+ v matrix sa redukuje na NADH. NAD+ v cytozole sa potom môže opäť redukovať ďalším kolom glykolýzy a NADH v matrix sa môže použiť na prenos elektrónov do elektrónového transportného reťazca, aby sa mohol syntetizovať ATP. Týmto spôsobom teda prenáša elektróny a protóny z cytozolu do matrix mitochondrie, čo nie je možné priamo.[3]

Keďže malát-aspartátový člnok regeneruje NADH vo vnútri mitochondriálnej matrix, je schopný maximalizovať počet ATP produkovaných v glykolýze (3 molekuly ATP na jednu molekulu NADH), čo v konečnom dôsledku vedie k čistému zisku 38 molekúl ATP na molekulu metabolizovanej glukózy. Tento člnok je o niečo efektívnejší než glycerol-3-fosfátový člnok, ktorý v cytozole redukuje glycerol-3-fosfát pomocou NADH na dihydroxyacetónfosfát, ktorý v matrix redukuje FAD za vzniku FADH2. FADH2 potom presúva elektróny do chinónového poolu v elektrónovom transportnom reťazci a je schopný generovať iba 2 ATP na jednu molekulu cytozolového NADH generovaného v glykolýze (v konečnom dôsledku vedie k čistému zisku 36 ATP na jednu molekulu metabolizovanej glukózy). Malát-aspartátový člnok je reverzibilný a teda riadený koncentráciou NAD+/NADH, zatiaľ čo glycerol-3-fosfátový člnok je prakticky ireverzibilný, takže i keď produkuje menej ATP, je efektívnejší pri nízkych cytozolových koncentráciách NADH relatívne voči NAD+.[3] Tieto hodnoty generovaného ATP sú prechemiosmotické a mali by byť nižšie, ako ukázala práca Mitchella a mnohých ďalších.[chýba zdroj] Každý NADH produkuje iba 2,5 ATP a každý FADH2 produkuje iba 1,5 ATP. Preto by sa hodnota získaného ATP na glukózu mala znížiť z 38 na 32 a z 36 na 30 molekúl ATP na jednu molekulu glukózy.[chýba zdroj] Dodatočné H+ potrebné na vnesenie anorganického fosfátu počas oxidatívnej fosforylácie tiež prispieva k číslam 30 a 32. Nakoniec teda malát-aspartátový člnok produkuje asi 2,2 ATP na jednu molekulu NADH a glycerolfosfátový člnok produku asi 1,5 ATP na jednu molekulu NADH.[3]

ReguláciaUpraviť

Aktivita malát-aspartátového raketoplánu je modulovaná metyláciou arginínu malátdehydrogenázy 1 (MDH1). Proteínová arginín N-metyltransferáza CARM1 metyluje a inhibuje MDH1 narušením jej dimerizácie, ktorá potláča malát-aspartátový člnok u a inhibuje mitochondriálne dýchanie rakovinových buniek pankreasu.[5]

ReferencieUpraviť

  1. Tvorba energie v dýchacom reťazci [online]. Univerzita Komenského v Bratislave, [cit. 2022-09-12]. Dostupné online.
  2. Otázky na ústnu skúšku z lekárskej biochémie [online]. Univerzita Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach, [cit. 2022-09-12]. Dostupné online.
  3. a b c d e f g h VOET, Donald. Biochemistry. Hoboken, NJ : John Wiley & Sons, 2011. (4th edition.) Dostupné online. ISBN 978-0-470-57095-1. S. 827-828.
  4. a b LU, Ming; ZHOU, Lufang; STANLEY, William C.. Role of the malate–aspartate shuttle on the metabolic response to myocardial ischemia. Journal of Theoretical Biology, 2008-09-21, roč. 254, čís. 2, s. 466–475. Dostupné online [cit. 2022-09-06]. ISSN 0022-5193. DOI10.1016/j.jtbi.2008.05.033. (po anglicky)
  5. WANG, Yi-Ping; ZHOU, Wei; WANG, Jian. Arginine Methylation of MDH1 by CARM1 Inhibits Glutamine Metabolism and Suppresses Pancreatic Cancer. Molecular Cell, 2016-11-17, roč. 64, čís. 4, s. 673–687. PMID: 27840030. Dostupné online [cit. 2022-09-06]. ISSN 1097-2765. DOI10.1016/j.molcel.2016.09.028. (English)

ZdrojUpraviť

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Malate-aspartate shuttle na anglickej Wikipédii.