Citrate synthase

L'oxaloacétate est le premier substrat à se lier à l'enzyme, ce qui induit un changement conformationnel créant un site de liaison pour l'acétyl-CoA. Ces deux molécules se condensent alors pour former de la citryl-CoA, ce qui induit un second changement conformationnel au cours duquel la liaison thioester est hydrolysée, en libérant la coenzyme A[5].

	+ acétyl-CoA  +  H2O  →  CoA +
Oxaloacétate		Citrate

La structure de la citrate synthase d’Acetobacter a été étudiée par cristallographie aux rayons X[1]. Cette enzyme est formée de 437 résidus d'acides aminés répartis sur deux sous-unités comprenant chacune 20 hélices α. Ces hélices α constituent environ 75 % de la structure tertiaire de l'enzyme, le reste étant des extensions irrégulières de cette structure hormis un petit feuillet β de 13 résidus. Le site actif est situé dans une fente entre ces deux sous-unités. Il contient deux sites de liaison : l'un est réservé au citrate ou à l'oxaloacétate et l'autre à la coenzyme A.

Le site actif contient trois résidus clés — l'His274, l'His320 et l'Asp375 — qui interagissent avec les substrats de manière très spécifique :

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  Site actif de la citrate synthase de coq bankiva, montrant les résidus impliqués dans le mécanisme réactionnel de l'enzyme (PDB 1CSI[1]).

Ces trois résidus forment une triade catalytique qui assure la crotonisation de l'oxaloacétate et de l'acétyl-CoA. La réaction commence avec la déprotonation de l'atome de carbone α de l'acétyl-CoA sous l'effet de la charge électrique négative de la chaîne latérale du résidu Asp375. Cette déprotonation conduit à la formation d'un anion énolate, qui est à son tour protoné par la chaîne latérale du résidu His274 pour donner un énol. Le doublet non liant de l'atome d'azote ε de ce résidu His274 agit en déprotonant l'hydroxyle de l'énol formé à l'étape précédente, ce qui redonne un anion énolate. Ce dernier amorce une attaque nucléophile sur l'atome de carbone du carbonyle de l'oxaloacétate qui déprotone l'atome d'azote ε du résidu His320. Il en résulte l'addition nucléophile des deux substrats, conduisant à la citryl-CoA. Le résidu His320 déprotoné agit en déprotonant une molécule d'eau, ce qui déclenche l'hydrolyse de la liaison thioester de la citryl-CoA. L'un des doublets non liants de l'oxygène agit dans une attaque nucléophile sur l'atome de carbone du carbonyle de la citryl-CoA, ce qui forme un intermédiaire tétraédrique qui conduit à expulser la coenzyme A lorsque le carbonyle se reconstitue[6].

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  Mécanisme réactionnel de la citrate synthase.

La citrate synthase est inhibée par une valeur élevée des ratios de concentration [ATP] / [ADP], [acétyl-CoA] / [CoA] et [NADH] / [NAD⁺], qui sont des indicateurs de charge énergétique élevée dans la cellule. Elle est également inhibée par la succinyl-CoA, dont la molécule ressemble à celle de l'acétyl-CoA et agit comme inhibiteur compétitif. Le citrate inhibe également la réaction, illustrant un mécanisme de rétro-inhibition par le produit de réaction.

L'inhibition de la citrate synthase par des analogues de l'acétyl-CoA est également abondamment documentée et a été utilisée pour démontrer l'existence d'un site actif unique. Ces expériences ont montré que ce site actif oscille entre deux formes, qui contribuent pour l'une à l'activité ligase et pour l'autre à l'activité hydrolase de cette enzyme[5].

La citrate synthase serait régie par un mode de régulation allostérique de type morphéine[7].

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