Malonylkoenzým A

Malonyl-CoA vzniká niekoľkymi spôsobmi na rôznych miestach podľa toho, akej metabolickej dráhy sa účastní. Na základe toho potom takisto podstupuje rôzne biochemické reakcie. Všeobecne poskytuje dvojuhlíkové jednotky na tvorbu väčších organických zlúčenín.

Malonyl-CoA vzniká v cytozole karboxyláciou acetyl-CoA pôsobením acetyl-CoA karboxylázy. Druhým substrátom tohto enzýmu je hydrogénuhličitanový anión a v procese dochádza k hydrolýze ATP na ADP a anorganický fosfát:^[1][2]

acetyl-CoA + HCO₃^- + ATP → malonyl-CoA + P_i + ADP

Malonyl-CoA sa potom využíva v biosyntéze mastných kyselín, kde ho spracováva malonyltransferáza (MT, MAT alebo MCAT). Úlohou MT je previesť malonát z malonyl-CoA na koncovú tiolovú skupinu holo-ACP:^[3][4]

malonyl-CoA + ACP → malonyl-ACP + CoA

Malonyl-ACP tvorí nosný základ reťazca mastnej kyseliny, ktorá sa postupne predlžuje opakovaním niekoľkých reakcií. V každom cykle je zdrojom dvojuhlíkového zvyšku práve malonyl-CoA:^[5]

MK(C_n)-ACP + malonyl-CoA → β-ketoacyl(C_n+2)-ACP + CoA + CO₂

V prvom kroku mitochondriálnej syntézy mastných kyselín (pomocou syntázy mtFASII) vzniká malonyl-CoA z kyseliny malónovej pôsobením malonyl-CoA syntetázy (ACSF3).^[6][7] V procese docházda k hydrolýze ATP na AMP a pyrofosfát:^[8]

malonát + CoA + ATP → malonyl-CoA + AMP + PP_i

Malonát je silným inhibítorom mitochondriálnej respirácie, takže táto reakcia detoxikuje mitochondrie a umožňuje syntézu mastných kyselín.^[8]

Enzým MT sa takisto účastní bakteriálnej biosyntézy polyketidov. Spolu s ACP a heterodimérom tvoreným polyketidsyntázou (PKS) a faktorom dĺžky reťazca tvoria tieto bielkoviny minimálnu PKS typu II.^[9] Malonyl-CoA využívajú všetky druhy PKS. Malonyl-CoA vzniká najčastejšie jedným z dvoch spôsobov, a to karboxyláciou acetyl-CoA (pôsobením acetyl-CoA karboxylázy) alebo premenou malonátu (pôsobením malonyl-CoA syntetázy), obdobne ako je opísané vyššie. Nie je jasné, či malonyl-CoA syntetáza poskytuje významné množstvo malonyl-CoA na biosyntézu polyketidov, tento enzým je však zaujímavý z bioinžinierskeho hľadiska, pretože rozpoznáva a je schopný do polyketidov zabudovať aj (2S)-metylmalonyl-CoA, ktorý sa uplatňuje napríklad v syntéze erytromycínu, ktorý pôsobí ako antibiotikum, alebo aureotínu, ktorý má antifungálne účinky a pôsobí proti rakovine.^[10]

Koncentrácia malonyl-CoA je v biosyntéze mastných kyselín prísne regulovaná. Malonyl-CoA pôsobí ako inhibítor rýchlosť určujúcich krokov v beta-oxidácii mastných kyselín. Takisto inhibuje asociáciu mastných kyselín s karnitínom, pretože inhibuje karnitínacyltransferázu, čím zabraňuje vstupu mastných kyselín do mitochondrií, v ktorých dochádza k ich beta-oxidácii a rozkladu.^[11]

Malonyl-CoA hrá dôležitú úlohu v detoxikácii kyseliny malónovej z mitochondrií a spôsobuje matbolickú poruchu známu ako kombinovaná malónová a metylmalónová acidúria (CMAMMA).^[12] Normálne sa malonát premieňa na malonyl-CoA pôsobením malonyl-CoA syntetázy a potom dochádza k jeho dekarboxylácii za vzniku acetyl-CoA pôsobením malonyl-CoA dekarboxylázy. CMAMMA teda môže mať dve príčiny:

• znížená aktivita malonyl-CoA syntetázy, ktorá je zodpovedná za prvý krok,^[6][12]
• znížená aktivita malonyl-CoA dekarboxylázy, ktorá je zodpovedná za druhý krok.^[12]

Katalyzované reakcie možno znázorniť nasledovne:

malonát + CoA + ATP –[malonyl-CoA syntetáza (ACSF3)]→ malonyl-CoA –[malonyl-CoA dekarboxyláza (MLYCD)]→ acetyl-CoA