Na osnovu niza saznanja danas sa sigurnošću možemo da kažemo da je shvatanje da jedan gen kodira jedan protein prevaziđeno. Ovo uključuje i neočekivano otkriće da jedan protein može da obavlja više različitih funkcija. Jedan od primera koji ovo ilustruje jeste otkriće da su dva proteina, jedan sa funkcijom enzima u ciklusu limunske kiseline (Krebsov ciklus), a drugi sa funkcijom u regulaciji metabolizma gvožđa homologi proteini slične strukture.
Akonitaza je dobro poznati enzim koji katalizuje reversibilnu reakciju izomerizacije citrata u izocitrat u ciklusu limunske kiseline u mitohondrijama. U aktivnom mestu akonitaze nalazi se [4Fe-4S] klaster. Ovaj enzim, poznat i kao mitohondrijalna akonitaza (m-akonitaza) otkriven je 1937. godine, dok je 1971. godine u citoplazmi eukariotskih ćelija otkrivena još jedna izoforma akonitaze (c-akonitaza). Ove dve izoforme su 30% homologe, slične su trodimenzionalne strukture i imaju identične aktivne centre koji sadrže [4Fe-4S] klastere (Slika 1). Za razliku od m-akonitaze, c-akonitaza, pored enzimatske aktivnosti, služi u ćeliji kao protein koji učestvuju u regulaciji metabolizma gvožđa (engl. iron regulatory protein – IRP) (1). Enzimatska funkcija c-akonitaze nije za sada poznata.

Slika 1. M-akonitaza iz srca svinje sa [4Fe-4S] klasterom, PDB 7ACN

 

Slika 2. IRE-BP (c-akonitaza bez [4Fe-4S] klastera) vezana za iRNK, PDB 2IPY

 

Ćeliji je potrebno gvožđe, jer se joni gvožđa nalaze kao kofaktori u nizu proteina. Međutim, nagomilavanje gvožđa u ćelijama i tkivima je štetno i dovodi do niza oštećenja, na primer do oštećenja jetre. Zbog toga je regulacija unosa i skladištenja gvožđa veoma važna. Kada opadne nivo gvožđa u ćeliji dolazi do razgradnje [4Fe-4S] klastera u c-akonitazi i ona gubi svoju enzimatsku aktivnost. Ovo dovodi do konformacionih promena u molekulu c-akonitaze i apoprotein nastavlja svoju funkciju kao IRP koji reguliše preuzimanje, transport i čuvanje jona gvožđa. U ovom obliku protein se više ne naziva c-akonitaza nego se naziva IRE-BP (engl. iron responsive element binding protein).
IRE-BP se vezuje za iRNK (informacionu RNK) koja kodira za feritin, protein odgovoran za skladištenje rezervi gvožđa u ćeliji. Takođe se vezuje i za iRNK koja kodira za receptor transferina, proteina koji transportuje jone gvožđa. Kada se IRE-BP veže za 5' kraj feritin iRNK, na specifičnoj sekvenci, blokira se sinteza feritina, a kada se veže za 3' kraj iRNK na specifičnoj sekvenci za receptor transferina, stabilizuje iRNK, sprečava njenu degradaciju i time omogućuje sintezu više kopija receptora za transferin . Uspostavljanjem normalnog nivoa gvožđa u ćeliji ponovo se gradi [4Fe-4S] klaster u aktivnom mestu c-akonitaze, dajući joj enzimatsku aktivnost.
Opisana pojava se naziva i tezgarenje proteina (eng. moonlighting proteins). Sve je više proteina sa ovom osobinom, ali je c-akonitaza jedan od prvih primera na kojem je uočena ova značajna osobina proteina.

 

 

 

Reference:

1. Jeffery C.J. 1999. Moonlighting proteins. Trends. Biochem. Sci. 24:8-11

2. Eisenstein R.S. 2000. Iron regulatory proteins and the molecular control of mammalian iron metabolism. Annu. Rev. Nutr. 20: 627-662

3. Nelson D, Cox M. 2008. Lehninger’s principles of biochemistry, 5th edition. New York: W.H. Freeman and Company.