Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пропионил-КоА карбоксилаза
Идентификаторы
Номер ЕС6.4.1.3
Количество CAS9023-94-3
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Метилмалонил-КоА декарбоксилаза
Идентификаторы
Номер ЕС4.1.1.41
Количество CAS37289-44-4
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Пропионил-КоА карбоксилаза ( PCC ) катализирует реакцию карбоксилирования пропионил-КоА в митохондриальном матриксе . Фермент биотин- зависимый. Продукт реакции - (S) - метилмалонил-КоА . Пропионил-КоА является конечным продуктом метаболизма жирных кислот с нечетной цепью, а также является метаболитом большинства жирных кислот с метил-разветвленной цепью . Он также является основным метаболитом валина и вместе с ацетил-КоА является метаболитом изолейцина, а также метаболитом метионина . Таким образом, пропионил-КоА имеет большое значение как глюкоза.предшественник. (S) -метилмалонил-КоА не может напрямую использоваться животными; на него действует рацемаза с образованием (R) -метилмалонил-КоА. Последний превращается мутазой метилмалонил-КоА (один из очень немногих ферментов, зависящих от витамина В 12 ) в сукцинил-КоА . Последний превращается в оксалоацетат, а затем в малат в цикле Кребса . Экспорт малата в цитозоль приводит к образованию оксалоацетата , фосфоенолпирувата и других глюконеогенных промежуточных продуктов.

АТФ + пропионил-КоА + HCO 3 - <=> АДФ + фосфат + (S) -метилмалонил-КоА

Его классифицируют как лигазу [1], так и лиазу . [2]

Структура фермента [ править ]

Пропионил-КоА-карбоксилаза (PCC) представляет собой альфа (6) -бета (6) -додекамер 750 кДа. (Только приблизительно 540 кДа является нативным ферментом. [3] ) Альфа-субъединицы расположены как мономеры, украшающие центральное гексамерное ядро ​​бета-6. Этот сердечник ориентирован в виде короткого цилиндра с отверстием вдоль его оси.

Альфа-субъединица PCC содержит домены биотинкарбоксилазы (BC) и белка-носителя биотина карбоксила (BCCP). Домен, известный как домен BT, также расположен на альфа-субъединице и необходим для взаимодействия с бета-субъединицей. Особенно интересна восьмицепочечная антипараллельная бета-бочкообразная складка этого домена. Бета-субъединица содержит активность карбоксилтрансферазы (СТ). [4]

Рисунок 1. (а). Схематическое изображение структуры химеры RpPCCα-RdPCCβ, если смотреть вниз по оси симметрии третьего порядка. Домены в субъединицах α и β в верхней половине структуры обозначены разными цветами, а домены в первых субъединицах α и β помечены. Субъединицы α и β в нижней половине окрашены в пурпурный и зеленый цвета соответственно. Красная стрелка указывает направление обзора панели b. (б). Структура химеры RpPCCα-RdPCCβ, если смотреть вниз по оси симметрии второго порядка. Красным прямоугольником обозначена область, подробно показанная на рис. 2а. (c). Крио-ЭМ реконструкция HsPCC с разрешением 15 Å, если смотреть в той же ориентации, что и панель а. Атомная модель химеры помещалась в оболочку крио-ЭМ. (г). Крио-ЭМ реконструкция в той же ориентации, что и панель b.Стрелки указывают на изменение положения BCCP, которое необходимо для соответствия крио-ЭМ карте. Все структурные фигуры были получены с помощью PyMOL (www.pymol.org), а крио-ЭМ-фигуры были получены с помощью Chimera.[5] Это является четким доказательством важного димерного взаимодействия между альфа- и бета-субъединицами.

Сайты BC и КТ приблизительно 55 Å друг от друга, что свидетельствует о всей области BCCP транслокации в ходе катализа карбоксилирования из пропионила-КоА . [5] Это является четким доказательством важного димерного взаимодействия между альфа- и бета-субъединицами.

Рисунок 2. (а). Схематическое изображение относительного расположения активных центров BC и CT в холоферменте. Показаны одна субъединица α и димер β2 (β1 из одного слоя и β4 из другого слоя), а направление обзора такое же, как на рис. 1b. Два активных центра обозначены звездами, разделенными расстоянием 55 Å. Также показаны связанные положения ADP в комплексе с E. coli BC 18 и CoA в комплексе с 12S-субъединицей транскарбоксилазы 21. (б). Подробные взаимодействия между BCCP-биотином и С-доменом субъединицы β. Взаимодействия с водородными связями обозначены пунктирными линиями красного цвета. Атом N1 'биотина обозначен как 1', он связан водородной связью с карбонилом основной цепи Phe397. (c). Молекулярная поверхность активного центра CT, показывающая глубокий каньон, где связаны оба субстрата. (г).Схематический рисунок активного сайта КТ.[5]

Биотин-связывающий карман PCC является гидрофобным и высококонсервативным. Биотин и пропионил-КоА связываются перпендикулярно друг другу в активном центре, содержащем оксианионную дырку . Отношение нативного фермента к биотину составляет один моль нативного фермента на 4 моля биотина. [3] Считается, что N1 биотина является основанием активного сайта. [4]

Сайт-направленный мутагенез на D422 показывает изменение субстратной специфичности сайта связывания пропионил-CoA, что указывает на важность этого остатка в каталитической активности PCC. [6] В 1979 году ингибирование фенилглиоксалем определило, что фосфатная группа из пропионил-КоА или АТФ реагирует с существенным остатком аргинина в активном центре во время катализа. [7] Позже (2004 г.) было высказано предположение, что аргинин-338 служит для ориентации карбоксифосфатного интермедиата для оптимального карбоксилирования биотина. [8]

Значения КМ для АТФ, пропионил-КоА и бикарбоната составляют 0,08 мМ, 0,29 мМ и 3,0 мМ соответственно. Изоэлектрической точкой падает при рН 5,5. Структурная целостность PCC сохраняется в диапазоне температур от -50 до 37 градусов Цельсия и диапазоне pH от 6,2 до 8,8. Было показано, что оптимальный pH составляет от 7,2 до 8,8 без связывания биотина. [3] Оптимальное значение pH для биотина составляет 8,0–8,5. [9]

Ферментный механизм [ править ]

Обычный механизм каталитической реакции включает промежуточный карбанион и не протекает через согласованный процесс. [10] На рисунке 3 показан вероятный путь.

Рисунок 3. Вероятный механизм PCC

Было показано, что реакция слегка обратима при низком потоке пропионил-КоА. [11]

Изоферменты [ править ]

Люди экспрессируют следующие два изофермента пропионил-КоА-карбоксилазы :

пропионил-кофермент карбоксилаза, альфа-полипептид
Идентификаторы
СимволPCCA
Ген NCBI5095
HGNC8653
OMIM232000
RefSeqNM_000282
UniProtP05165
Прочие данные
Номер ЕС6.4.1.3
LocusChr. 13 q32
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
пропионил-кофермент А карбоксилаза, бета-полипептид
Идентификаторы
СимволPCCB
Ген NCBI5096
HGNC8654
OMIM232050
RefSeqNM_000532
UniProtP05166
Прочие данные
Номер ЕС6.4.1.3
LocusChr. 3 q21-q22
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Патология [ править ]

Дефицит связан с пропионовой ацидемией . [12] [13] [14]

Активность PCC является наиболее чувствительным индикатором статуса биотина на сегодняшний день. В будущих исследованиях беременности использование данных об активности ПКС лимфоцитов должно оказаться полезным для оценки биотинового статуса. [15]

Внутригенное дополнение [ править ]

Когда несколько копий полипептида, кодируемого геном, образуют агрегат, эта структура белка называется мультимером. Когда мультимер формируется из полипептидов, продуцируемых двумя разными мутантными аллелями конкретного гена, смешанный мультимер может проявлять большую функциональную активность, чем несмешанные мультимеры, образованные каждым из мутантов по отдельности. В таком случае явление называется внутригенной комплементацией .

PCC представляет собой гетерополимер, состоящий из субъединиц α и β в структуре α 6 β 6 . Мутации в PCC, либо в субъединице α (PCCα), либо в субъединице β (PCCβ), могут вызывать пропионовую ацидемию у людей. Когда разные мутантные линии клеток фибробластов кожи, дефектные по PCCβ, были слиты в попарных комбинациях, образовавшийся в результате β- гетеромультимерный белок часто проявлял более высокий уровень активности, чем можно было бы ожидать, исходя из активности родительских ферментов. [16] Это открытие внутригенной комплементации показали, что мультимерная структура PCC допускает кооперативные взаимодействия между составляющими мономерами PCCβ, которые могут генерировать более функциональную форму холофермента.

Регламент [ править ]

Пропионил-КоА карбоксилазы [ править ]

а. Карбамазепин (противоэпилептический препарат): значительно снижает уровень ферментов в печени [17]

б. E.coli , шаперонина белки GroES и GroEL: существенный для складывания и сборок человеческого PCC гетеромерных субъединиц [18]

c. Бикарбонат: отрицательная кооперативность [8]

d. Mg 2+ и MgATP 2- : аллостерическая активация [19]

Пропионил-КоА-карбоксилазой [ править ]

а. 6-дезоксиэритронолид B: снижение уровня PCC приводит к увеличению производства [20]

б. Глюкокиназа в бета-клетках поджелудочной железы: предшественник бета-PCC, как показано, снижает KM и увеличивает Vmax; активация [21]

См. Также [ править ]

  • Анаплеротические реакции
  • Пропионовая ацидемия

Ссылки [ править ]

  1. ^ EC 6.4.1.3
  2. ^ EC 4.1.1.41
  3. ^ a b c Kalousek F, Дариго MD, Розенберг LE (1980). «Выделение и характеристика пропионил-КоА-карбоксилазы из нормальной печени человека. Доказательства протомерного тетрамера неидентичных субъединиц». Журнал биологической химии . 255 (1): 60–65. PMID  6765947 .
  4. ^ а б Дьякович Л., Митчелл Д.Л., Фам Х., Гаго Г., Мельгар М.М., Хосла С., Грамаджо Х., Цай СК (2004). «Кристаллическая структура β-субъединицы ацил-CoA карбоксилазы: структурная инженерия субстратной специфичности †, ‡». Биохимия . 43 (44): 14027–14036. DOI : 10.1021 / bi049065v . PMID 15518551 . 
  5. ^ a b c Хуанг К.С., Садре-Баззаз К., Шен Й, Дэн Б., Чжоу Ч., Тонг Л. (2010). «Кристаллическая структура холофермента α6β6 пропионил-кофермента карбоксилазы» . Природа . 466 (7309): 1001–1005. DOI : 10,1038 / природа09302 . PMC 2925307 . PMID 20725044 .  
  6. ^ Arabolaza А, Shillito М, Лин TW, Diacovich л, Мелгар М, Ф Н, Амик Д, Gramajo Н, Цай SC (2010). «Кристаллические структуры и мутационные анализы β-субъединицы ацил-КоА-карбоксилазы Streptomyces coelicolor» . Биохимия . 49 (34): 7367–7376. DOI : 10.1021 / bi1005305 . PMC 2927733 . PMID 20690600 .  
  7. ^ Wolf B, Kalousek F, Rosenberg LE (1979). «Основные остатки аргинина в активных центрах пропионил-КоА-карбоксилазы и бета-метилкротонил-КоА-карбоксилазы». Фермент . 24 (5): 302–306. DOI : 10.1159 / 000458679 . PMID 510274 . 
  8. ^ a b Sloane V, Waldrop GL (2004). «Кинетическая характеристика мутаций, обнаруженных при пропионовой ацидемии и метилкротонилглицинурии: доказательства кооперативности в биотинкарбоксилазе» . Журнал биологической химии . 279 (16): 15772–15778. DOI : 10.1074 / jbc.M311982200 . PMID 14960587 . 
  9. ^ Ся YE, Скалли KJ, Rosenberg LE (1979). «Пропионил-КоА-карбоксилаза человека: некоторые свойства частично очищенного фермента в фибробластах контрольной группы и пациентов с пропионовой ацидемией» . Педиатрические исследования . 13 (6): 746–751. DOI : 10.1203 / 00006450-197906000-00005 . PMID 481943 . 
  10. ^ Штубе J, S Рыба, Абелес RH (1980). «Является ли карбоксилирование с участием биотина согласованным или несогласованным?». Журнал биологической химии . 255 (1): 236–242. PMID 7350155 . 
  11. ^ Reszko АЕ, Касумов Т, Пирс Б. А., Дэвид F, CL Hoppel, Стенли туалет, Розье С, Brunengraber Н (2003). «Оценка обратимости анаплеротических реакций пути пропионил-КоА в сердце и печени» . Журнал биологической химии . 278 (37): 34959–34965. DOI : 10.1074 / jbc.M302013200 . PMID 12824185 . 
  12. ↑ Угарте М, Перес-Серда С., Родригес-Помбо П., Десвиат Л. Р., Перес Б., Ричард Е., Муро С., Кампо Е., Охура Т., Гравий Р. А. (1999). «Обзор мутаций в генах PCCA и PCCB, вызывающих пропионовую ацидемию». Мутация человека . 14 (4): 275–282. DOI : 10.1002 / (SICI) 1098-1004 (199910) 14: 4 <275 :: AID-HUMU1> 3.0.CO; 2-N . PMID 10502773 . 
  13. ^ Desviat LR, Переса В, Перес-Серда С, Родригес-Помбо Р, Клаверо S, Угарте М (2004). «Пропионовая ацидемия: обновление мутации и функциональные и структурные эффекты вариантных аллелей». Молекулярная генетика и метаболизм . 83 (1–2): 28–37. DOI : 10.1016 / j.ymgme.2004.08.001 . PMID 15464417 . 
  14. ^ Deodato, F .; Boenzi, S .; Санторелли, FM; Диониси-Вичи, К. (2006). «Метилмалоновая и пропионовая ацидурия». Американский журнал медицинской генетики Часть С . 142С (2): 104–112. DOI : 10.1002 / ajmg.c.30090 . PMID 16602092 . S2CID 21114631 .  
  15. ^ Stratton SL, Bogusiewicz A, Mock М.М., Mock Н.И., Уэллс А.М., Mock DM (2006). «Пропионил-КоА-карбоксилаза лимфоцитов и ее активация биотином являются чувствительными индикаторами маргинального дефицита биотина у людей» . Американский журнал клинического питания . 84 (2): 384–388. DOI : 10.1093 / ajcn / 84.1.384 . PMC 1539098 . PMID 16895887 .  
  16. ^ Родригес-Помбо П., Перес-Серда С., Перес Б., Десвиат Л. Р., Санчес-Пулидо Л., Угарте М. К модели, объясняющей внутригенную комплементацию в гетеромультимерном протеине пропионил-КоА-карбоксилазе. Biochim Biophys Acta. 2005; 1740 (3): 489-498. DOI: 10.1016 / j.bbadis.2004.10.009
  17. ^ Rathman SC, Eisenschenk S, McMahon RJ (2002). «Количество и функция биотин-зависимых ферментов снижены у крыс, которым хронически вводили карбамазепин» . Журнал питания . 132 (11): 3405–3410. DOI : 10.1093 / JN / 132.11.3405 . PMID 12421859 . 
  18. ^ Келсон TL, Ohura Т, Краус JP (1996). «Опосредованная шаперонином сборка субъединиц дикого типа и мутантных субъединиц пропионил-CoA карбоксилазы человека, экспрессируемых в Escherichia coli» . Молекулярная генетика человека . 5 (3): 331–337. DOI : 10.1093 / HMG / 5.3.331 . PMID 8852656 . 
  19. Перейти ↑ McKeon C, Wolf B (1982). «Магний и аденозинтрифосфат магния, активация человеческой пропионил-КоА-карбоксилазы и бета-метилкротонил-КоА-карбоксилазы». Фермент . 28 (1): 76–81. DOI : 10.1159 / 000459088 . PMID 6981505 . 
  20. ^ Zhang H, Boghigian BA, Пфайфер BA (2010). «Изучение роли метаболизма нативного пропионил-КоА и метилмалонил-КоА на выработку гетерологичных поликетидов в Escherichia coli». Биотехнология и биоинженерия . 105 (3): 567–573. DOI : 10.1002 / bit.22560 . PMID 19806677 . S2CID 659042 .  
  21. ^ Шираиши А, Ямад Y, Tsuura Y, Fijimoto S, Тсукиям К, Мукай Е, Тойод Y, Мива I, Сеен Y (2000). «Новый регулятор глюкокиназы в бета-клетках поджелудочной железы: предшественник бета-субъединицы пропионил-КоА-карбоксилазы взаимодействует с глюкокиназой и увеличивает ее активность» . Журнал биологической химии . 276 (4): 2325–2328. DOI : 10.1074 / jbc.C000530200 . PMID 11085976 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Пропионил-КоА + карбоксилаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)