Asetil-KoA (asetil koenzim A) ialah molekul yang mengambil bahagian dalam banyak tindak balas biokimia dalam metabolisme protein, karbohidrat dan lipid.[2] Fungsi utamanya adalah untuk menghantar kumpulan asetil ke dalam kitaran asid sitrik (kitaran Krebs) untuk dioksidakan bagi penghasilan tenaga.
Koenzim A (CoASH atau CoA) terdiri daripada kumpulan β-merkaptoetilamina yang dikaitkan dengan asid pantotenik (vitamin B5) melalui kaitan amida[3] dan ADP dengan 3'-fosforil. Kumpulan asetil (ditunjukkan dengan warna biru dalam rajah struktur di sebelah kanan) asetil-KoA diikat dengan bahagian sulfhidril kumpulan β-merkaptoetilamina. Hubungan tioester ini ialah ikatan "tenaga tinggi" yang begitu reaktif. Hidrolisis ikatan tioester adalah eksergonik (−31.5 kJ/mol).
KoA diasetilkan kepada asetil-KoA oleh pemecahan karbohidrat melalui glikolisis dan oleh pemecahan asid lemak melalui β-pengoksidaan. Asetil-KoA kemudiannya memasuki kitaran asid sitrik, di mana kumpulan asetil dioksidakan kepada karbon dioksida dan air, dan tenaga yang dibebaskan ditangkap dalam bentuk 11 ATP dan satu GTP setiap kumpulan asetil.
Di samping itu, asetil-KoA ialah prekursor untuk biosintesis pelbagai bahan kimia asetil, dan bertindak sebagai perantara untuk memindahkan kumpulan asetil semasa biosintesis molekul berasetil tersebut. Asetil-KoA juga terlibat dalam kawal atur pelbagai mekanisme sel dengan menyediakan kumpulan asetil untuk menyasarkan sisa asid amino dalam tindak balas pengasetilan selepas translasi protein.[7]
Biosintesis
Pengasetilan KoA ditentukan oleh sumber karbon.[8][9]
Pada tahap glukosa yang tinggi, asetil-KoA dihasilkan melalui glikolisis.[15]Piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif, di mana ia kehilangan kumpulan karboksilnya (sebagai karbon dioksida) untuk membentuk asetil-KoA, mengeluarkan 33.5 kJ/mol tenaga. Penukaran oksidatif piruvat kepada asetil-KoA dirujuk sebagai tindak balas piruvat dehidrogenase, dan dimangkinkan oleh kompleks piruvat dehidrogenase. Penukaran lain antara piruvat dan asetil-KoA adalah mungkin. Sebagai contoh, piruvat format liasemenyahkadarkan piruvat kepada asetil-KoA dan asid formik.
Dalam satu siri tindak balas kimia, tenaga tersimpan dilepaskan melalui pengoksidaan asetil-KoA yang terbit daripada karbohidrat, lemak dan protein menjadi adenosina trifosfat (ATP) dan karbon dioksida.
Dua molekul asetil-KoA terkondensasi untuk membentuk asetoasetil-KoA, yang menimbulkan pembentukan asetoasetat dan β-hidroksibutirat.[17] Asetoasetat, β-hidroksibutirat serta hasil penguraian spontannya, aseton,[19] dikenali sebagai badan keton. Badan keton dilepaskan oleh hati ke dalam darah. Semua sel dengan mitokondria boleh mengambil badan keton daripada darah dan menukarkannya semula kepada asetil-KoA, yang kemudiannya boleh digunakan sebagai bahan api dalam kitaran asid sitrik mereka, kerana tiada tisu lain boleh mengalihkan oksaloasetatnya ke dalam laluan glukoneogenesis seperti hati. Tidak seperti asid lemak bebas, badan keton boleh melintasi penghalang darah-otak, dan oleh itu, boleh didapati sebagai bahan api sel sistem saraf pusat, bertindak sebagai pengganti glukosa, di mana sel-sel ini biasanya bertahan.[17] Peningkatan ketara badan keton dalam darah ketika kebuluran, diet rendah karbohidrat, senaman berat berpanjangan dan diabetes melitus 1 yang tidak terkawal, dikenali sebagai ketosis, dan dalam bentuk ekstrem, ketoasidosis.
Sebaliknya, apabila kepekatan insulin dalam darah tinggi, dan kepekatan glukagon adalah rendah (iaitu selepas makan), asetil-KoA yang dihasilkan oleh glikolisis terpeluwap seperti biasa dengan oksaloasetat, membentuk sitrat dalam mitokondria. Walau bagaimanapun, berbanding meneruskan kitaran asid sitrik lalu ditukar kepada karbon dioksida dan air, sitrat dikeluarkan daripada mitokondria ke dalam sitoplasma.[17] Di sana, ia dibelah oleh liase ATP sitrat menjadi asetil-KoA dan oksaloasetat. Oksaloasetat dikembalikan ke mitokondria sebagai malat (dan kemudian ditukar kembali menjadi oksaloasetat untuk memindahkan lebih banyak asetil-KoA keluar dari mitokondria).[20] Asetil-KoA sitosol ini kemudiannya boleh digunakan untuk mensintesis asid lemak melalui pengkarboksilan oleh asetil-KoA karboksilase menjadi malonil KoA, langkah pertama yang komited dalam sintesis asid lemak.[20][21] Penukaran ini berlaku terutamanya di dalam hati, tisu adipos dan kelenjar susu aktif, di mana asid lemak digabungkan dengan gliserol untuk membentuk trigliserida, takungan bahan api utama kebanyakan haiwan. Asid lemak juga merupakan komponen fosfolipid yang membentuk sebahagian besar dwilapisan lipid daripada semua membran plasma.[17]
Dalam tumbuhan, sintesis asid lemak de novo berlaku dalam plastid. Banyak biji mengumpul takungan besar minyak biji untuk menyokong percambahan dan pertumbuhan awal anak benih sebelum ia menjadi organisma fotosintesis bersih.
Asetil-KoA sitosol juga boleh terkondensasi dengan asetoasetil-KoA untuk membentuk 3-hidroksi-3-metilglutaril-CoA (HMG-CoA), langkah pengehad kadar mengawal sintesis kolesterol.[17]Kolesterol boleh digunakan sebagaimana adanya sebagai komponen struktur membran sel, atau ia boleh digunakan untuk mensintesis hormon steroid, garam hempedu dan vitamin D.[17][21]
Asetil-KoA boleh dikarboksil dalam sitosol oleh asetil-KoA karboksilase, menghasilkan malonil-KoA, substrat yang diperlukan dalam sintesis flavonoid dan poliketida berkaitan, pemanjangan asid lemak untuk menghasilkan lilin, kutikel, dan minyak biji dalam ahli keluarga Brassica, dan pemalonan protein dan fitokimia lain.[22] Dalam tumbuhan, ini termasuk seskuiterpena, brasinosteroid (hormone) dan sterol membran.
Asetil-KoA juga merupakan komponen penting dalam sintesis biogen neurotransmiterasetilkolina. Kolina dalam kombinasi dengan asetil-KoA, dimangkinkan oleh enzim kolina asetiltransferase untuk menghasilkan asetilkolina dan koenzim A sebagai hasil sampingan.
Asetil-KoA juga merupakan sumber kumpulan asetil yang digabungkan ke dalam sisa lisina tertentu protein histon dan bukan histon, dalam pengasetilan pengubahsuaian selepas translasi. Asetilasi ini dimangkinkan oleh asetiltransferase. Asetilasi ini menjejaskan pertumbuhan sel, mitosis dan apoptosis.[23]
Kawal atur alosterik
Asetil-KoA berfungsi sebagai pengawal atur alosterik piruvat dehidrogenase kinase (PDK). Ia mengawal selia melalui nisbah asetil-KoA berbanding KoA. Peningkatan kepekatan asetil-KoA mengaktifkan PDK.[24]
^ abcdDawson, Rex M. C.; Elliott, Daphne C.; Elliott, William H.; Jones, Kenneth M. (2002). Data for Biochemical Research (ed. 3rd). Clarendon Press. m/s. 117. ISBN978-0-19-855299-4.
^Ragsdale, S. W. (2004). "Life with carbon monoxide". CRC Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 39 (3): 165–195. doi:10.1080/10409230490496577. PMID15596550.
^Pettit, Flora H.; Pelley, John W.; Reed, Lester J. (1975-07-22). "Regulation of pyruvate dehydrogenase kinase and phosphatase by acetyl-CoA/CoA and NADH/NAD ratios". Biochemical and Biophysical Research Communications. 65 (2): 575–582. doi:10.1016/S0006-291X(75)80185-9. PMID167775.