הצגת המקור של הדף "ציטראט סינתאז"

{{גן}}
'''ציטראט סינתאז''' ('''Citrate synthase''';{{כ}} E.C. 2.3.3.1){{הערה|1=בעבר היו מאמרים בהם כונה ציטראט סינתאז בשם "ציטראט סינתטאז", אך על פי כללי הנומנקלטורה האנזימטית שנתקבלו על ידי [[האיחוד הבינלאומי לביוכימיה ולביולוגיה מולקולרית]], זוהי למעשה שגיאה. בעולם הביוכימיה דהיום רווחת האבחנה בין אנזימי "סינתאז" ל"סינתטאז", כאשר האחרונים הם אלו אשר לפעילותם דרושה האנרגיה המופקת מפירוק של [[נוקליאוטיד]] טרי-פוספט (כמו ATP, CTP, TTP, GTP ו-UTP), בעוד הראשונים אינם זקוקים לאנרגיה זו. ראו: [[#Srere (1969)|Srere (1969)]], p. 161.}} הוא [[אנזים]] המצוי כמעט בכל ה[[תא]]ים החיים,{{הערה|1=מלבד ממינים בודדים של חיידקים, בהם למשל ''Lactobacillus plantarum'', ''Streptococcus haemolysans'' ובמוטנטים מסוימים של ''[[Escherichia coli]]'', וכן מ[[תולעים טפיליות|תולעת טפילית]] מהמין ''Moniliformis dubius''. ראו: [[#Weitzman & Danson (1976)|Weitzman & Danson (1976)]], p. 162}} ומתפקד כאנזים קובע קצב בשלב הראשון של [[מעגל קרבס]]. מסלול ביוכימי זה הוא אחד מהמסלולים המרכזיים של תהליך ה[[נשימה תאית|נשימה התאית]], ומשמש ליצירת מולקולות מחוזרות שמשמשות בשרשרת מעבר האלקטרונים של ה[[זרחון חמצוני|זרחון החמצוני]] להפקת כמות גדולה של [[ATP]]. בנוסף, מסלול זה הוא מקור לתוצרי ביניים (מטבוליטים) ל[[ביוסינתיזה]].{{הערה|1=[[#Weitzman & Danson (1976)|Weitzman & Danson (1976)]], p. 162}} ציטראט סינתאז ממוקם בתאים [[אוקריוטיים]] ב[[מטריקס (מיטוכונדריה)|מטריקס]] של ה[[מיטוכונדריה]], אך הוא מקודד על ידי [[DNA|דנ"א גרעיני]] ולא על ידי ה[[גנום מיטוכונדריאלי|דנ"א המיטוכונדריאלי]]. סינתזת האנזים מתרחשת על ידי [[ריבוזום|ריבוזומים]] ציטופלזמיים ולאחר מכן הוא מועבר למטריקס של המיטוכונדריה. אצל בני אדם, האנזים מקודד מהגן ''gltA'' המצוי ב[[כרומוזום 12]].{{הערה|1=[http://may2017.archive.ensembl.org/Homo_sapiens/Gene/Summary?db=core;g=ENSG00000062485 GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000062485],  Ensembl, May 2017}}

קיימים 2 סוגים של ציטראט סינתאז: ציטראט סינתאז המצוי אצל [[בעלי חיים]], [[צמחים]], [[פטריות]], [[ארכיאה]] ו[[חיידקים גראם-חיוביים]], היוצר דימר של 2 תתי יחידות זהות בעלות [[מסה מולקולרית]] כוללת של kDa {{כ}} 100; לעומתו, ציטראט סינתאז המצוי אצל [[אצות]] ו[[חיידקים גראם-שליליים]] הוא גדול בהרבה ומורכב מ-6 תתי יחידות זהות (כל אחת kDa {{כ}} 50).{{הערה|1=[[#Wiegand & Remington (1986)|Wiegand & Remington (1986)]], p. 98}}

==מבנה==

ציטראט סינתאז המופק מלב חזיר והנחקר ביותר מורכב מ-437 [[חומצות אמינו]], המאורגנים ל-2 תת-יחידות, אשר כל אחת מהן מורכבת מ-20 [[סליל אלפא|סלילי אלפא]]. כל תת-יחידה מורכבת מ-2 דומיינים, גדול וקטן; כמו כן, לכל תת-יחידה יש [[אתר פעיל]] עם אתר קשירה אחד ל[[אוקסלואצטט]] או ל[[אצטיל קואנזים A]], המצוי ב"חריץ" שבין שני הדומיינים. סלילי האלפא מסומנים באותיות A עד T, כאשר הדומיין הגדול של כל תת-יחידה מורכב מסלילי האלפא A-M ו-S-T, ואילו תת-הדומיין הקטן של כל תת-יחידה מורכב מסלילי האלפא N-R.{{הערה|שם=Wiegand & Remington (1986)}}

{| class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" width="320" align="left
! colspan="4" | הרכב חומצות האמינו בציטראט סינתאז (ב-%){{הערה|1=[[#Srere (1969)|Srere (1969)]], p. 10}}
|-
! [[חומצת אמינו]] !! [[חזיר הבית|חזיר]] !! [[יונה]] !! [[עש]]
|-
| [[ליזין]] || 5.9 || 6.7 || 8.9
|-
| [[היסטידין]] || 3.3 || 2.6 || 2.6
|-
| [[ארגינין]] || 4.3 || 5 || 3.7
|-
| [[אספרטט]] || 9.3 || 10.2 || 9.8
|-
| [[תראונין]] || 5.5 || 4.9 || 4.9
|-
| [[סרין]] || 6.5 || 5.1 || 5.5
|-
| [[גלוטמט]] || 10 || 10 || 10.6
|-
| [[פרולין]] || 5.7 || 4.9 || 6
|-
| [[גליצין]] || 8 || 8.5 || 8
|-
| [[אלנין]] || 8.4 || 9.9 || 8.1
|-
| [[ואלין]] || 6.4 || 7.5 || 7.8
|-
| [[מתיונין]] || 3.4 || 3.3 || 2.2
|-
| [[איזולאוצין]] || 4.4 || 6 || 4.6
|-
| [[לאוצין]] || 11.9 || 9.3 || 10.2
|-
| [[טירוזין]] || 4.2 || 2.7 || 3.6
|-
| [[פנילאלנין]] || 3 || 3.4 || 3.5
|}

<div style="width: auto; float:left; clear:left;">
<gallery mode="packed" heights="175" widths="150">
קובץ:Citrate Synthase (open form).png|האתר הפעיל של ציטראט סינתאז בצורה הפתוחה
קובץ:Citrate synthase Closed form.png|האתר הפעיל של ציטראט סינתאז בצורה הסגורה
</gallery>
</div>

סלילי האלפא מורכבים מלמעלה מ-75% משיירי חומצות האמינו באנזים, ומדידה באמצעות [[דיכרואיות מעגלית]] (CD) מצביעה על כך שהם מהווים בין 40% ל-60% מה[[מבנה שניוני|מבנים השניוניים]] של האנזים;{{הערה|שם=Wiegand & Remington (1986)|1=[[#Wiegand & Remington (1986)|Wiegand & Remington (1986)]], p. 100}} למעשה, ציטראט סינתאז הוא האנזים הראשון שנתגלה ולו מבנה שניוני המורכב כמעט רק מסלילי אלפא.{{הערה|1=[[#Remington (2014)|Remington (2014)]], p. 209}} יתר חומצות האמינו מרכיבות מבנים בלתי רגילים מוארכים אחרים, מלבד 13 שיירים המרכיבים [[משטח בטא]] קטן המקשר בין סליל אלפא C לאחד מהמבנים המוארכים וממוקם בפני השטח של החלבון. ארבעה זוגות אנטי-מקבילים של סלילי אלפא מחברים בין 2 תתי היחידות, ויוצרים מעין "סנדוויץ'" של 8 סלילי אלפא מפותלים, המזכיר משטח בטא.{{הערה|שם=Wiegand & Remington (1986)}}

בחריץ שבין 2 תתי היחידות נמצא האתר הפעיל של האנזים, ובו 2 אתרי קשירה - האחד לציטראט או לאוקסלואצטט והשני ל[[קואנזים A]]. האתר הפעיל מורכב מ-3 שיירים החיוניים לפעילותו (2 שיירי [[היסטידין]] ושייר [[אספרטט]] אחד; "[[שלשה קטליטית]]") - His<sup>274</sup> בדומיין הגדול, ו-His<sup>320</sup> ו-Asp<sup>375</sup> בדומיין הקטן, להם סלקטיביות גבוהה באינטראקציות עם [[סובסטרט]]ים. נמצא כי כאשר השייר His<sup>274</sup> הוחלף בחומצות אמינו אחרות, האנזים היה בכל זאת פעיל, אם כי חל צמצום של כפי אלף בפעילותו. לעומת זאת, כאשר הוחלף השייר Asp<sup>375</sup> בכל חומצת אמינו אחרת מלבד [[חומצה גלוטמית]], האנזים לא היה פעיל כלל.{{הערה|1=[[#Alter et al (1990)|Alter et al (1990)]], P. 7561}}

ציטראט סינתאז מסוגל לעבור שינויים קונפורמציונליים גדולים, ומוגדר כ"דוגמה קלאסית" ל[[מודל התאמה מושרית|מודל ההתאמה המושרית]] של [[דניאל קושלנד|קושלנד]].{{הערה|1=[[#Wiegand & Remington (1986)|Wiegand & Remington (1986)]], p. 115}} האנזים מגיב לקשירה של הסובסטרטים ושל קואנזים A בתנועה של הדומיינים ובשינוי בארגון של חלק מהשיריים הפנימיים. למעשה, האנזים יכול לנוע בין 2 צורות עיקריות - סגור ופתוח. בצורה הסגורה, השיירים הקטליטיים שבאתר הפעיל המשמשות כליגנדים שקועים בתוך החריץ שבין הדומיינים, באופן שמצד אחד הוא אידיאלי לפעילות הקטליטית של האנזים (שכן מאפשר סביבה מבודדת מממס בעלת ספציפיות גבוהה) ומצד שני באופן שאינו מאפשר כניסה/שחרור של הסובסטרטים שלהם. בצורה הפתוחה, לעומת זאת, המולקולה נמצאת במצב המאפשר קשירה של סובסטרטים. צורה שלישית באה לידי ביטוי לאחר קשירת האוקסלואצטט; בצורה זו האתר הפעיל אינו לחלוטין במצב הסגור, מאחר שהשיירים Arg<sup>329</sup>, His<sup>320</sup> ו-Asp<sup>375</sup> נעים בין 0.8 ל-1.3 [[אנגסטרום]] מעמדותיהם, באופן המאפשר את שלב ההידרוליזה בזמן המתאים לאחר שלב הדחיסה (ראו בפרק המנגנון).{{הערה|1=[[#Wiegand & Remington (1986)|Wiegand & Remington (1986)]], p. 114}}

בעת השינוי הקונפורמציוני בין הצורה הפתוחה לסגורה מתרחשת תנועת סיבוב (רוטציה) של 19° על ידי הדומיין הקטן ביחס לדומיין הגדול, באופן שהדומיין הקטן של תת-יחידה אחת יוצר אינטראקציה עם הדומיין הגדול של תת-היחידה השנייה, וכן חלים שינויים באריזה של השיירים בפנים הדומיין הקטן.{{הערה|1=[[#Remington (2014)|Remington (2014)]], p. 211-12}} [[סיירוס קוטיה|קוטיה]] ו[[ארתור לאסק|לאסק]] הציעו מנגנון של סדרת תנועות מוכוונות בין סלילי אלפא סמוכים כהסבר לשינוי הקונפורמציוני באנזים.{{הערה|1=[[#Chothia & Lesk (1985)|Chothia & Lesk (1985)]],}}

אצל הארכיאון התרמופילי ''[[Pyrococcus furiosus]]'' בעל הטמפרטורה האופטימלית של 100°, הליבה מכילה כמות גדולה של [[איזולאוצין]] כך שנוצרים צברים, לעומת ליבת החלבון אצל ציטראט סינתאז המופק מחזיר; בנוסף, מספר החללים הפנימיים (internal cavities) במצב הפתוח של האנזים אצל ''Pyrococcus furiosus'' נמוך יותר, וכן הלולאות המחברות בין חלק מסלילי האלפא קצרות יותר בחלק מהמקרים. עוד נמצא שוני מהותי באופן הקיפול של ה[[קצה קרבוקסילי|קצה הקרבוקסילי]] של המונומר האחד על פני השטח של ה[[מונומר]] השני, לעומת האנזים שהופק מהחזיר. מסתבר שמאפיינים אלו תורמים לקומפקטיות של החלבון ולקישור הדוק יותר של תת-היחידות, דבר המאפשר לציטראט סינתאז בארכיאון זה להישאר פעיל ומקופל גם בטמפרטורות גבוהות. לעומת זאת, אופן הקשירה באתר הפעיל היה בעל מאפיינים דומים אצל 2 האנזימים, ומעבר לכך - חלה גם אקוויוולנטיות מבנית של השיירים הקטליטיים באתר הפעיל ומיקומם אף היה זהה, דבר המעיד על מנגנון קשירה זהה.{{הערה|1=[[#Russell et al. (1997)|Russell et al. (1997)]], p. 9992}}

==מנגנון==

{|class="wikitable" style="float:left; text-align:center;"
|-
|[[קובץ:Citrate wpmp.png|100px|חומצה ציטרית]]
|[[קובץ:Oxaloacetic acid.svg|100px|אוקסלואצטט]]
|[[קובץ:Acetyl-CoA.svg|100px|אצטיל קואנזים A]]
|-
|colspan="3"|מימין לשמאל: [[חומצה ציטרית]], [[אוקסלואצטט]] ו[[אצטיל קואנזים A]].
|}
[[קובץ:Citrate synthase3.png|250px|שמאל|ממוזער|450px|מנגנון הריאקציה של ציטראט סינתאז (כולל השיירים הקטליטיים המעורבים).]]

ציטראט סינתאז הוא בין האנזימים הספורים היכולים ליצור באופן ישיר קשר פחמן-פחמן בהיעדרם של יוני מתכת המשמשים כקו-פקטורים.{{הערה|1=[[#Remington (2014)|Remington (2014)]], p. 212}}

ציטראט סינתאז [[קטליזה|מקטלז]] את [[תגובת דחיסה|תגובת הדחיסה]] של שייר ה[[אצטט]] בעל 2 הפחמנים ממולקולת ה[[אצטיל קואנזים A]] עם מולקולת [[אוקסלואצטט]] בעלת 4 פחמנים, ליצירת [[ציטראט]] בעל 6 פחמנים. משוואת התגובה היא:
<math>Acetyl-CoA + oxaloacetate + H_2O \leftrightharpoons citrate + Coenzyme A</math>

הסביבה של הציטראט והאוקסלואצטט (בתוך האנזים) ראויה לציון, משום שהם מוקפים לחלוטין (ובשלושה ממדים) במולקולות פולריות וטעונות. הסובסטרט, בין אם זה אוקסלואצטט או ציטראט, יוצר [[קשר מימן|קשרי מימן]] או [[גשר מלח|גשרי מלח]] עם שלושה שיירי [[ארגינין]] (329, 401 ו-421) ועם שני שיירי [[היסטידין]] (238 ו-320). גם His<sup>274</sup> נוכח, ויוצר קשר מימן עם מולקולת [[חמצן]] (O-3) של הציטראט. אמנם המטען המדויק בו מוקף הסובסטרט אינו ידוע, אך ברור כי על הסובסטרט להיות מוקף במטען חיובי גדול כך שהאזור שמסביב לפחמן מס' 3 (C-3) של ציטראט או אוקסלואצטט יהיה פולרי במיוחד; דבר זה יגרום למטען חלקי חיובי על פחמן מס' 3, ולרגישות למתקפה נוקליאופילית (ראו בהמשך).{{הערה|1=[[# Remington (2014)|Remington (2014)]], p. 215}}

באשר לקואנזים A, קיימים באנזים 3 שיירי ארגינין (164, 324 ו-64) המשמשים כליגנדים עבור שלוש קבוצות ה[[פוספט]] שלו; ראויה לציון גם כן העובדה, שלבד מאינטראקציות ספציפיות אלו - יתר האינטראקציות בין קואנזים A לציטראט סינתאז נעשות כולן על ידי קשרי מימן בין קואנזים A לשרשרת המרכזית של האנזים ולא על ידי שיירים צדדיים, דבר שאינו נפוץ. מלבד אטום ה[[גופרית]] המרכיב את קבוצת ה[[תיול]] שלו, אף חלק מקואנזים A לא יוצר קשר עם הסובסטרטים האחרים במהלך הריאקציה.{{הערה|1=[[# Remington (2014)|Remington (2014)]], p. 217}}

השיירים המופיעים בשלשה הקטליטית מקטלזים את יצירת הציטראט מאצטיל CoA ומאוקסלואצטט דרך תגובת [[דחיסה אלדולית]].{{הערה|1=[[#Frey & Hegeman (2007)|Frey & Hegeman (2007)]], p. 620}}
ניתן לחלק את הריאקציה ל-3 שלבים:{{הערה|שם=מנגנון|1=[[# Remington (2014)|Remington (2014)]], p. 221-226}}
#אנוליזיציה
#תגובת דחיסה
# הידרוליזה

בשלב הראשון מתרחשת תגובת אנוליזציה, במהלכה נוצר תוצר ביניים [[אנול]], המכיל [[קשר כפול]] בין [[פחמן אלפא]] ל[[פחמן בטא]] (במקום הקשר הכפול של קבוצת הקרבוניל) וכן קבוצת [[אלכוהולים|אלכוהול]] (OHׂׂ). בשלב זה השייר His<sup>274</sup> מתפקד כחומצה (קרי: מוסר [[פרוטון]]) ואילו השייר Asp<sup>375</sup> מתפקד כבסיס (קרי: מקבל פרוטון); אטום החמצן שבקבוצת הקרבוניל של האצטיל קואנזים A עובר [[פרוטונציה]] (הוספת פרוטון) על ידי שייר ההיסטידין, בו בזמן שקבוצת המתיל של האצטיל קואנזים A עוברת [[דה-פרוטונציה]] (שחרור פרוטון) על ידי שייר האספרטט. באופן זה נוצר תוצר הביניים [[אנול]], שכן המתקפה של האספרטט יוצרת קשר כפול בין פחמן אלפא לפחמן בטא, ואילו הפרוטונוציה שעבר אטום החמצן של הקרובניל יצרה קבוצת [[הידרוקסיל]] (ראו באיור משמאל). האנזים למעשה יוצר בשלב זה תוצר ביניים נייטרלי (<chem>H2C=C(OH)-SCoA</chem>), מבלי לבזבז אנרגיה וליצור תוצר ביניים בעל מטען כמו אנולט למשל. הגאומטריה של שלב זה מסייעת לכך, שכן מעבר הפרוטון משייר ההיסטידין לאטום החמצן של הקרבוניל מתרחש בקו ישר באמצעות האורביטלים הבלתי קושרים של אטום החמצן ללא הפרעה של [[קשר פאי|קשרי פאי]] של קבוצות אחרות במולקולה. בנוסף, קשר ה-C-H המשתתף בריאקציה עם שייר האספרטט (תורם את הפרוטון ויוצר קשר כפול) מסודר בצורה אופטימלית באופן שהוא כמעט [[אנך|אנכי]] לקבוצת ה[[אצטיל]]; כך, כאשר הקשר נשבר, זוג האלקטרונים שנותר על קבוצת האצטיל יכול להיות מצומד לענן אלקטרוני הפאי של הקרבוניל וכך נוצר קשר כפול בין פחמן האלפא לפחמן הבטא.{{הערה|שם=מנגנון}}

בשלב השני מתרחשת תגובת דחיסה, ובמהלכה נוצר תוצר הביניים ציטרואיל קואנזים A. בשלב זה השייר His<sup>320</sup> הוא המשמש כחומצה, כך שאטום החמצן שבקבוצת הקרבוניל של האוקסלואצטט עובר פרוטונוציה על ידו. כמו בשלב הראשון, גם כאן אטום החמצן נמצא בעמדה מדויקת המאפשרת מעבר בקו ישר של הפרוטון אל האורביטלים הבלתי קושרים שלו. השייר His<sup>274</sup> משמש הפעם כבסיס, וחנקן האפסילון שלו תוקף את קבוצת ההידרוקסיל של אצטיל קואנזים A ולוקח בחזרה את הפרוטון שתרם בשלב האנוליזציה באופן שנוצר אנולט; האנולט יוצר [[התקפה נוקלאופילית]] על הפחמן הקרבונילי של האוקסלואצטט, אשר בתורו גורם לדה-פרוטונוציה של חנקן האפסילון של His<sup>320</sup> (שכאמור משמש בשלב זה כחומצה). כתוצאה מ[[תגובת סיפוח#סוגים ודוגמאות|תגובת הסיפוח הנוקליאופילית]] נוצר תוצר הביניים ציטרואיל קואנזים A.{{הערה|שם=מנגנון}}

בשלב השלישי והאחרון של הריאקציה מתרחשת [[הידרוליזה]] של קבוצת התיאו-אסטר של ציטרואיל קואנזים A, אם כי הכימיה של שלב זה לא נתבררה די צרכה. על פי שיטה אחת, מולקולת מים עוברת דה-פרוטונציה על ידי מולקולה אחרת המשמשת כבסיס וזהותה לא ברורה, וזוג [[אלקטרונים בלתי קושרים]] של אחד מאטומי החמצן של המים יוצר התקפה נוקליאופילית על הפחמן הקרבונילי של ציטרואיל קואנזים A. בה בעת, חנקן האפסילון של His<sup>274</sup> תוקף את קבוצת ההידרוקסיל של ציטרואיל קואנזים A ולוקח הפרוטון. מתקבל תוצר ביניים [[טטראהדר]]לי, ולבסוף פליטה של מולקולת S-CoA שעוברת פרוטונוציה לאחר מכן והופכת ל-SH-CoA (הצורה הרגילה של קואנזים A, עם קבוצת [[תיול]]); האנזים משחרר את התוצר הסופי - ציטראט (שלב 4 בסכימה), ושב למצבו הסגור. שיטה אחרת גורסת כי בשלב זה משתתף השייר Asp<sup>375</sup>, אשר יוצר קשר [[אנהידריד]]י שגורם לשחרור הקואנזים A, ולאחריו מתרחשת הידרוליזה של הקשר האנהידרידי לשחרור ציטראט{{הערה|1=שימו לב שהשיטות השונות למנגנון שלב זה אינן מופיעות בסכימה המופיעה כאן. לאיורים מפורטים ראו: [[#Remington (2014)|Remington (2014)]], p. 225-226}}

על אף שהשלבים האינדיבידואליים בריאקציה בכללותה שונים מאוד אחד מהשני, הקונפורמציה של האנזים זהה בכולן. כלומר, בקונפורמציה אחת בלבד מבצע ציטראט סינתאז קטליזה של כל השלבים השונים בריאקציה, באופן שנדרשים שינויים מינוריים במיקומם של מספר אטומים, רובם של הסובסטרט.{{הערה|1=[[# Remington (2014)|Remington (2014)]], p. 227}}

==רגולציה ומעכבים==
===נגזרות אדנין===

ציטראט סינתאז מעוכב כאשר קיימים יחסים גדולים של ATP:ADP ו-NADH:<sup>+</sup>NAD.

===אלפא קטוגלוטראט===

[[אלפא קטוגלוטראט]] בריכוזים גבוהים משמש כ[[מעכבי אנזימים|מעכב]] תחרותי לאוקסלואצטט ומעכב לא תחרותי לאצטיל קואנזים A.

בסוף שנות ה-60 גילו חוקרים מ[[אוניברסיטת לסטר]] כי אלפא קטוגלוטראט מהווה מעכב של ציטראט סינתאז אצל משפחת ה-''[[Enterobacteriaceae]]'' המשתייכת לקבוצת ה[[חיידקים גראם-שליליים|חיידקים הגראם-שליליים]]. אצל חיידקים אחרים, הן גראם שליליים והן [[חיידקים גראם-חיוביים]], וכן אצל אורגניזמים עילאיים יותר, לא מצאו החוקרים כי אלפא קטוגלוטראט מעכב. מניתוח התוצאות הם הסיקו כי כל האורגניזמים בהם לא נמצא עיכוב זה, הם [[אווירניים]], ולעומת זאת כל החיידקים בהם נמצא כי אלפא קטוגלטראט מעכב את ציטראט סינתאז הם [[אל-אווירניים פקולטטיביים]] (מסוגלים להתקיים הן בנוכחות חמצן והן בהיעדרו). באורגניזמים אלו החיים בתנאים אל-אווירניים ומייצרים אנרגיה ([[ATP]]) באמצעות [[תסיסה]], לציטראט סינתאז בכל זאת נודע תפקיד חשוב של [[ביוסינתיזה]], כיוון שאחד התוצרים המתקבלים במעגל קרבס הוא אלפא קטוגלוטקראט. מחקרים קודמים הראו שתחת תנאים [[אל-אווירניים]] כעין אלו, המסלול של מעגל קרבס חדל להיות מעגלי ומסתעף לשני סעיפים שונים - בראשון אוקסלואצטט מוביל לאלפא קטוגלטראט דרך תוצרי הביניים ציטראט ו[[איזוציטראט]], ובשני אוקסלואצטט מוביל ל[[סוקצינאט]] דרך תוצרי הביניים [[מלאט]] ו[[פומראט]]. מכאן הסיקו החוקרים שעיכוב ציטראט סינתאז על ידי אלפא קטוגלטראט בתנאים אלו מהווה למעשה מקרה אופייני של [[משוב שלילי]], בו התוצר הסופי מעכב את האנזים ההתחלתי של המסלול.{{הערה|1=[[#Weitzman & Dunmore (1969)|Weitzman & Dunmore (1969)]], p. 265-66}}

בשנים שלאחר מכן נתגלה כי אלפא קטוגלטראט מעכב גם בציטראט סינתאז שהופק מאורגניזמים אחרים, כדוגמת כבד של [[חולדה]], [[מנגו]] ומחיידקים מסוג ''[[Azotobacter]]'' הגראם שליליים והאירוביים; דבר זה כמובן אינו עומד בקנה אחד עם ההשערה הראשונית. קבוצת חוקרים בראשותו של [[פיטר הוצ'צ'קה]] מ[[אוניברסיטת קולומביה הבריטית]], שחקרו את ציטראט סינתאז המופק מהמין ''Symplectoteuthis oualaniensis'' המשתייך לסדרת [[דיונוני רחף|דיונוני הרחף]], גילו כי הוא מעוכב בריכוז גבוה של אלפא קטוגלטראט. הם טענו כי אלפא קטוגלטראט מסמל את ה"תוצר הסופי" של האינטרוול הראשון של מעגל קרבס, וריכוזו מהווה אמת מידה פוטנציאלית חשובה לכמות התוצרים שיתקבלו באינטרוול השני של מעגל קרבס (אלפא קטוגלטראט -> אוקסלואצטט). ה"מידע" הזה, החשוב לבקרת פעילות ציטראט סינתאז, לא היה יכול להתקבל מאף תוצר ביניים אחר הקודם לאלפא קטוגלטראט באינטרוול הראשון של המעגל, מכיוון שאלפא קטוגלטראט הוא הראשון מביניהם שיכול להתקבל גם במסלולים אחרים מלבד מעגל קרבס (למשל דרך [[גלוטמט]] ובאמצעות תגובת טרנסאמינציה).{{הערה|1=[[#Hochachka et al. (1975)|Hochachka et al. (1975)]], p. 196}}

באופן זה ניתן להסביר מדוע אלפא קטוגלטראט מעכב את ציטראט סינתאז הן באורגניזמים בהם מעגל קרבס מתרחש בצורתו הרגילה והן באורגניזמים בהם מעגל קרבס הוא ליניארי; וכן להעריך את תפקידו בבקרת ציטראט סינתאז ובכניסת הפחמנים למעגל קרבס.

===אפקט יוני===

אמנם לפעילותו של ציטראט סינתאז לא דרוש יון ספציפי, אך היא מושפעת באופנים שונים הן מיונים חד ערכיים והן מיונים דו ערכיים.

באשר ליונים חד ערכיים, נמצא כי כאשר הללו קיימים בריכוז מסוים אצל צמחים ויונקים מסוימים, וכן אצל חיידקים גראם שליליים וגראם חיוביים, גורמים לאקטיבציה של ציטראט סינתא, ומריכוז זה ומעלה - לעיכוב. [[KCL]], למשל, נמצא גורם לאקטיבציה אצל מינים מסוימים כאשר היה בריכוז של 0 עד 60 מילי-[[ריכוז מולרי|מולר]], אך מעבר לכך גרם לעיכוב של ציטראט סינתאז. מחקרים הראו כי ההשפעתם של יונים חד ערכיים לא נובעת מזהות יון זה או אחר אלא מה[[חוזק יוני|חוזק היוני]] שהם יוצרים, וכי הם גורמים לשינויים בזיקה של ציטראט סינתאז לאצטיל קואנזים A; לעומת זאת, מהירות הריאקציה המקסימלית (V<sub>max</sub>) וקבוע מיכאליס-מנטן (K<sub>m</sub>) עבור אוקסלואצטט נותרים ללא שינוי. שינויים קינטיים אלו מתרחשים בגלל שינויים קונפורמציונליים להם גורם המלח.{{הערה|1=[[#Weitzman & Danson (1976)|Weitzman & Danson (1976)]], p. 169}}

קיימת וריאביליות בעמידות של ציטראט סינתאז לריכוזי יונים שונים בין מינים שונים; למשל, כאשר חוקרים מ[[אוניברסיטת טקסס]] השוו בין [[שושנות ים|שושנת ים]] מהמין ''Bunodosoma cavernata'' ה[[אוסמורגלוציה|אוסמורגלוטורית]] ובין [[פראונים|פראון]] מהמין ''Litopenaeus setiferus'' שאינו אוסמורגולטורי, נמצא כי לציטראט סינתאז של שושנת הים עמידות גדולה בהרבה למלחים מאשר זו של הפראון; החוקרים קישרו את התוצאות המסקרנות הללו ליכולת התנועה של היצורים - בעוד הפראון הוא נייד ויכול לבחור את הסביבה היונית בה ישהה כך שריכוז המלחים לא יזיק לו, שושנת הים הנה נייחת ובעלת אפשרות מעטה לשנות את הסביבה היונית בה נמצאת, ועל כן העמידות של ציטראט סינתאז למלחים מסייעת לשרידותה.{{הערה|1=[[#Sarkissian & Boatwright (1974)|Sarkissian & Boatwright (1974)]], p. 331-32}}

גם ליונים דו ערכיים קיימת השפעה רבה על ציטראט סינתאז. נמצא כי ריכוזים גבוהים של יוני [[מנגן]] (Mn<sup>2+</sup>), [[מגנזיום]] (Mg<sup>2+</sup>) ו[[סידן]] (Ca<sup>2+</sup>) מעכבים את פעילותו של ציטראט סינתאז המופק מלב של חזיר. מחקרים אחרים מצאו כי ציטראט סינתאז של מספר מינים של חיידקים גם כן עוכבו בריכוז גבוה של מגנזיום; ייתכן והעיכוב מתרחש בגלל אינטראקציות הנוצרות בין היונים הדו ערכיים לבין השרשרת הפולי-פוספטית של האצטיל קואנזים A.
מאידך, נמצא גם כי ריכוזים נמוכים של יוני מגנזיום דו ערכיים גורמים להמרצה (סטימיולציה) של ציטראט סינתאז במספר מינים שונים שנחקרו, בהם ''E. coli'', שמרים וחזיר, וזאת על אף שלפעילותו, כאמור, לא דרוש אף יון ספציפי. ההסבר לכך הוא שיוני המגנזיום נקשרים לאוקסלואצטט ויוצרים קומפלקס, ודבר זה גורם לפחמן אלפא של האוקסלואצטט להיות יותר [[אלקטרופיל]]י ועל כן קל יותר [[חיזור]]. אם כן, המתקפה הנוקליאופילית על פחמן אלפא של אוקסלואצטט המתרחשת בשלב הדחיסה וגורמת לחיזור של קבוצת הקטו, מסתייעת ביוני המגנזיום.{{הערה|1=[[#Weitzman & Danson (1976)|Weitzman & Danson (1976)]], p. 171}}

==ביבליוגרפיה==
<div class="mw-content-ltr">
* {{עוגן|Alter et al (1990)|Alter, Gerald M., et al. "Mutation of essential catalytic residues in pig citrate synthase." ''Biochemistry'' '''29.33''' (1990): 7557-7563.}}
* {{עוגן|Chothia & Lesk (1985)|Chothia, Cyrus, and Arthur M. Lesk. "Helix movements in proteins". ''Trends in Biochemical Sciences'' '''10.3''' (1985): 116-118.}}
* {{עוגן|Cox & Nelson (2005)|Cox MM, Nelson DL (2005). ''Lehninger Principles of Biochemistry'' (4th ed.). New York: W.H. Freeman. {{ISBN|978-0-7167-4339-2}}}}
* {{עוגן|Frey & Hegeman (2007)|Frey, Perry A., and Adrian D. Hegeman. Enzymatic reaction mechanisms. Oxford University Press, 2007.}}
* {{עוגן|Hochachka et al. (1975)|Hochachka, P. W., K. B. Storey, and J. Baldwin. "Squid muscle citrate synthase: control of carbon entry into the Krebs cycle." ''Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Comparative Biochemistry'' '''52.1''' (1975): 193-199.}}
* {{עוגן|Remington (2014)|Remington, S. JAMES. "Structure and mechanism of citrate synthase." ''Cur Top Cell Reg'' '''33''' (2014): 209.}}
* {{עוגן|Russell et al. (1997)|Russell, Rupert JM, et al. "The crystal structure of citrate synthase from the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus furiosus at 1.9 Å resolution." ''Biochemistry'' '''36.33''' (1997): 9983-9994.}}
* {{עוגן|Sarkissian & Boatwright (1974)|Sarkissian, Igor V., and Dan T. Boatwright. "Regulation by salt and by krebs cycle metabolites of citrate synthase from an osmoregulator, white shrimp, Penaeus setiferus, and from a non-osmoregulator, sea anemone, Bunedosoma cavernata." ''Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Comparative Biochemistry'' '''49.2''' (1974): 325-333.}}
* {{עוגן|Srere (1969)|Srere, P. A. "[1] Citrate synthase:[EC 4.1. 3.7. Citrate oxaloacetate-lyase (CoA-acetylating)]." Methods in enzymology 13 (1969): 3-11.}}
* {{עוגן|Wiegand & Remington (1986)|Wiegand G, Remington SJ (1986). "Citrate synthase: structure, control, and mechanism". ''Annual Review of Biophysics and Biophysical Chemistry''. '''15''': 97–117. [[PMID]]: [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3013232 3013232].}}
* {{עוגן|Weitzman & Dunmore (1969)|Weitzman, P. D. J., and Patricia Dunmore. "Regulation of citrate synthase activity by α-ketoglutarate. Metabolic and taxonomic significance." ''FEBS letters'' '''3.4''' (1969): 265-267.}}
* {{עוגן|Weitzman & Danson (1976)|Weitzman, P. D., and MICHAEL J. Danson. "Citrate synthase." ''Curr Top Cell Regul'' '''10''' (1976): 161-204.}}

</div>

==הערות שוליים==
{{הערות שוליים}}

[[קטגוריה:אנזימים]]