Scientists identify bottleneck in cellular fat-burning enzyme
Researchers have pinpointed why a key enzyme that breaks down fatty acids slows down during metabolism: a single catalytic site takes too long to reset between reactions. The finding could help drug developers design better treatments for metabolic disorders and improve understanding of how cells process different types of fats.
Originaltitel: Structural enzymological studies of multifunctional enzyme, type-1 (MFE1) with the 2E-decenoyl-CoA and 2E,4E-decadienoyl-CoA substrates: The regeneration of the dehydrogenase catalytic site is the rate limiting step of its combined reactions.
Enzymkatalysatorn MFE1 begränsar sin egen prestanda genom långsam regeneration av det aktiva området för oxidation. Forskargruppen vid Universitetet i Oulu har kartlagt kinetiken för denna tvåstegsprocess — hydratisering följd av dehydrogeneringsreaktionen — genom att undersöka enzymet med naturliga substrat från beta-oxidationen av fettsyror. Studierna bekräftar att återhämtningen av dehydrogenasplatsen är flaskhalsen. Detta påverkar hela processens hastighet, oavsett hur effektiv hydratiseringssteget är. För material- och katalystöversättare innebär resultatet konkreta riktlinjer vid optimering av enzymatiska system för biobaserad tillverkning: fokus bör ligga på att förbättra substrathantering mellan aktiva platser snarare än på individuell reaktionshastighet. Universitetet i Oulu, Uppsala universitet och Universitetet i Würzburg deltog i arbetet. Resultaten öppnar vägar för rationell design av förbättrade enzymer för fettsyraomsättning i industri.
The rat peroxisomal multifunctional enzyme, type-1 (RnMFE1) is a monomeric enzyme with two active sites, which catalyze the second and third reaction of the β-oxidation cycle, being the 2E-enoyl-CoA hydratase (ECH) and the 3S-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase (HAD) reaction, respectively. Previous enzyme kinetic studies of MFE1 have shown that MFE1 also degrades 2E,4E-decadienoyl-CoA using a substrate channeling mechanism for transferring the hydrated intermediate between the two active sites. In the current studies, the Michaelis-Menten parameters for the substrate 2E-decenoyl-CoA for the hydratase and dehydrogenase reactions are reported and compared with the corresponding values for 2E,4E-decadienoyl-CoA and 2E-butenoyl-CoA. Also, pre-steady state kinetic data for the dehydrogenase activity for 2E-decenoyl-CoA and 2E,4E-decadienoyl-CoA have been obtained. The kinetic data suggest that the rate determining step of the combined hydratase and dehydrogenase reactions, characterized by the respective k