Ansvarig för Makromolekylär kristallografi på Protein Science Facility, Karolinska Institutet

Martin Moche

Senior lab manager

Ansvarig för makromolekylär kristallografi på Protein Science Facility, Karolinska Institutet

Forskningsbeskrivning

Ketoacyl syntaser katalyserar formeringen av kol-kol bindningar i fettsyrebiosyntesen och inhiberas av ett naturligt antibiotikum med namnet cerulenin.  Jag fann att cerulenin binder kovalent och irreversibelt i sin öppna form till cysteine i enzymets aktiva yta (1) och genom att jämföra E.coli/Synechosystis ketoacyl syntase strukturer med relaterade thiolase/polyketide syntase strukturer (2) förstår vi nu hur geometrin i det aktiva sitet varierar och leder till små men viktiga skillnader i reaktionsmekanism och susbstratspecificitet mellan dessa enzymfamiljer.

 

I växter finns vattenlösliga desaturaser som katalyserar den första omättade cis-dubbelbindningen i helt mättade fettsyror d.v.s. ett första steg mot de essentiella omättade fettsyror som vi behöver. Under fettsyrebiosyntesen bärs den växande kolkedjan av acyl-carrier-protein (acyl-ACP) då längre mättade fettsyror inte är vattenlösliga och efter ett antal syntesrundor i kloroplasten blir själva fettsyran 18 kolatomer lång och helt mättad. De flesta desaturaser är membranbundna men vissa växter har vattenlösliga desaturaser som binder in acyl-ACP och placerar fettsyran inuti en bumerang formad kavitet, som har ett di-järn center centralt placerat i kavitetens böj, där enkelbindningen blir till en dubbelbindning under katalysen. När enzymet ”vilar” har de två järn-jonerna en syre-brygga mellan sig bestående av en enda syreatom, men när fettsyran (acyl-ACP) binder startar katalysen med att elektronbärarproteinet ferrodoxin reducerar syre-bryggan till vatten och de reducerade järn jonerna, som ändrat oxidationstal från +III till +II, aktiverar molekylärt syre, som i sin tur extraherar två väteatomer från den av kaviteten bundna och krökta mättade fettsyrans kolatom 9 och 10, räknat från fettsyrans karboxylgrupp. Den ena syreatomen från molekylärt syre blir till vatten och den andra blir till en ny syrebrygga mellan järn-jonerna i di-järn centrat. Jag bestämde 3D strukturen av desaturase i komplex med småmolekyler som liknar syre (3) och i komplex med acyl-ACP (4).  Som ett resultat min avhandling och senare arbeten vet vi nu hur desaturase säkerställer att cis-dubbelbindningen hamnar mellan kolatomerna i position 9 och 10 (4), vilka aminosyror som är viktiga för den produktiva desaturase vs improduktiva oxidase reaktionen (5) samt att endast den ena subenheten i desaturase dimeren är aktiv under katalysen (6).

1. Structure of the complex between the antibiotic cerulenin and its target, beta-ketoacyl-acyl carrier protein synthase. Moche M, Schneider G. Edwards P, Dehesh K. and Lindqvist Y. J Biol Chem 1999 Mar 5;274(10):6031-4. 

2. The crystal structure of beta-ketoacyl-acyl carrier protein synthase II from Synechocystis sp. at 1.54 A resolution and its relationship to other condensing enzymes. Moche M, Dehesh K, Edwards P, and Lindqvist Y. J Mol Biol 2001 Jan 19;305(3):491-503. 

3. Azide and acetate complexes plus two iron-depleted crystal structures of the di-iron enzyme delta9 stearoyl-acyl carrier protein desaturase. Implications for oxygen activation and catalytic intermediates. Moche M, Shanklin J, Ghoshal A, Lindqvist Y. J Biol Chem. 2003 Jul 4;278(27):25072-80. doi: 10.1074/jbc.M301662200. 

4. Remote control of regioselectivity in acyl-acyl carrier protein-desaturases. Guy JE, Whittle E, Moche M, Lengqvist J, Lindqvist Y, Shanklin J. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Oct 4;108(40):16594-9.

5. A single mutation in the castor Delta9-18:0-desaturase changes reaction partitioning from desaturation to oxidase chemistry. Guy JE, Abreu IA, Moche M, Lindqvist Y, Whittle E, Shanklin J. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Nov 14;103(46):17220-4. 

6. Half-of-the-Sites Reactivity of the Castor Δ9-18:0-Acyl Carrier Protein Desaturase. Liu Q, Chai J, Moche M, Guy J, Lindqvist Y, Shanklin J. Plant Physiol. 2015 Sep;169(1):432-41

 

Loading bibliometrics...