Descoperirea mecanismului catalitic din producția de uleiuri vegetale stimulată de acizii grași
Recent, o echipă de cercetători conduși de profesorul Liu Zhenfeng de la Institutul de Biophysică din Academia Chineză de Științe a reușit să dezvăluie detalii cruciale cu privire la mecanismul catalitic al diacilglicerol O-aciltransferazei 1 (DGAT1), o enzimă esențială în biosinteza triacilglicerolului (TAG). Aceasta este o țintă semnificativă în învățarea modului de creștere a randamentului și a calității uleiurilor vegetale utilizate în agricultură.
Studiul realizat a adus în prim-plan structuri tridimensionale de înaltă rezoluție ale enzimei AtDGAT1, atât în forma sa obișnuită, cât și în varianta mutantă cu activitate redusă (H447A), obținute prin utilizarea microscopiei electronice de crio-electronizare. Această tehnică sofisticată a permis cercetătorilor să observe pentru prima dată locurile de legare pentru doi substraturi (DAG și oleoil-CoA), precum și pentru produsele rezultate (TAG și CoASH), precum și pentru mai multe molecule de acizi grași liberi (FFA) în cadrul enzimei DGAT1.
Rezultatele au fost publicate în revista The Plant Cell pe 13 octombrie. Analizând mutațiile, s-a constatat că substituirea reziduului Cys246, care interacționează cu grupul carboxilic al FFAs, cu alanină, serină sau treonină (C246A/S/T) conduce la o creștere semnificativă a activității AtDGAT1. Această constatare sugerează că anumite modificări structurale pot optimiza funcția enzimei în procesele metabolice vegetale.
Structura mutantă AtDGAT1-H447A a arătat o simetrie pseudo-C2, unde un monomer se leagă de substraturile DAG și oleoil-CoA, iar celălalt de produsele TAG și CoASH. Aceasta demonstrează complexitatea și finețea interacțiunilor moleculare ce intervin în cataliza transferului acil. Superimpunerea structurii enzimei sălbatice și a celei mutantă a relevat că o moleculă de acid gras liber (acid oleic) stabilizează lanțul acil gras și legătura tiosterică a oleoil-CoA, orientând astfel reacția favorabil pentru cataliză.
În baza datelor biochimice și structurale, echipa de cercetare a propus un ciclu catalitic pentru transferul acil, descriind modul în care acil-CoA este îmbogățit de domeniul N-terminal și cum acesta intră în site-ul activ din partea citosolică, iar DAG accesează acest site printr-o deschidere laterală a membranei.
Acizii grași liberi ajută la stabilizarea celor două substraturi în centrul catalitic. Residuu His447 probabil deprotonizează grupul hidroxil al DAG-ului printr-o moleculă de apă, ceea ce permite un atac nucleofil asupra legăturii tiosterice a acil-CoA, rezultând în formarea TAG și CoASH. După o schimbare conformațională în domeniul N-terminal al monomerului adiacent, CoASH poate fi eliberat în citosol, iar TAG iese lateral în membrană, iar DGAT1 revine la starea sa inițială, fără substraturi.
Prin integrarea analizei biochimice și structurale prin crio-EM, acest studiu oferă o lumină asupra mecanismului catalitic și asupra reglementării activității DGAT1 mediată de acizii grași liberi. Aceste descoperiri oferă perspective esențiale pentru îmbunătățirea genetică rațională a culturilor de semințe oleaginoase, având în vedere obținerea unor randamente mai mari de ulei și o compoziție îmbunătățită a acizilor grași.
Mai multe informații sunt disponibile în studiul publicat de Xiuying Liu și colaboratorii săi, care detaliază mecanismele structurale ce stau la baza reglementării enzimei DGAT1 în Arabidopsis.
