Пропионил-КоА карбоксилаза - Propionyl-CoA carboxylase

Пропионил-КоА карбоксилаза
Гетеро12мер пропионил-КоА-карбоксилазы, Methylorubrum extorquens
Идентификаторы
ЕС нет.	6.4.1.3
№ CAS	9023-94-3
Базы данных
IntEnz	Просмотр IntEnz
BRENDA	BRENDA запись
ExPASy	Просмотр NiceZyme
КЕГГ	Запись в KEGG
MetaCyc	метаболический путь
ПРИАМ	профиль
Структуры PDB	RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология	Amigo / QuickGO
Поиск ЧВК статьи PubMed статьи NCBI белки

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 предшественник глюкозы . (S) -метилмалонил-КоА не может напрямую использоваться животными; на него действует рацемаза с образованием (R) -метилмалонил-КоА. Последний преобразуется 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

Он был классифицирован как лигаза и лиаза .

Структура фермента

Пропионил-КоА-карбоксилаза (PCC) представляет собой альфа (6) -бета (6) -додекамер 750 кДа. (Только приблизительно 540 кДа является природным ферментом.) 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).

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, просматриваемая 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. Это обеспечивает четкое свидетельство решающего 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 . Это обеспечивает четкое свидетельство решающего 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.

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. Считается, что N1 биотина является основанием активного сайта.

Сайт-направленный мутагенез в D422 показывает изменение субстратной специфичности сайта связывания пропионил-CoA, что указывает на важность этого остатка в каталитической активности PCC. 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. Позже (2004) было высказано предположение, что аргинин-338 служит для ориентации карбоксифосфатного интермедиата для оптимального карбоксилирования биотина.

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. Для биотина оптимальный pH составляет 8,0-8,5.

Ферментный механизм

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

Рисунок 3. Вероятный механизм PCC

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

Изоферменты

Люди экспрессируют следующие два изофермента пропионил-КоА-карбоксилазы :

пропионил-кофермент карбоксилаза, альфа-полипептид Гомо6мер пропионил-КоА-карбоксилазы А, Methylorubrum extorquens Идентификаторы Условное обозначение PCCA Ген NCBI 5095 HGNC 8653 OMIM 232000 RefSeq NM_000282 UniProt P05165 Прочие данные Номер ЕС 6.4.1.3 Locus Chr. 13 q32 Ищи Структуры Швейцарская модель Домены ИнтерПро

пропионил-кофермент А карбоксилаза, бета-полипептид Гомо6мер пропионил-КоА-карбоксилазы B, Methylorubrum extorquens Идентификаторы Условное обозначение PCCB Ген NCBI 5096 HGNC 8654 OMIM 232050 RefSeq NM_000532 UniProt P05166 Прочие данные Номер ЕС 6.4.1.3 Locus Chr. 3 q21-q22 Ищи Структуры Швейцарская модель Домены ИнтерПро

Патология

Дефицит связан с пропионовой ацидемией .

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.

Внутригенная комплементация

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 клеточные линии фибробластов кожи, дефектные по PCCβ, были слиты в попарных комбинациях, образующийся в результате β- гетеромультимерный белок часто проявлял более высокий уровень активности, чем можно было бы ожидать, исходя из активности родительских ферментов. Это открытие внутригенной комплементации показало, что мультимерная структура PCC допускает кооперативные взаимодействия между составляющими мономерами PCCβ, которые могут генерировать более функциональную форму холофермента.

Регулирование

Пропионил-КоА карбоксилазы

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

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

c. Бикарбонат: отрицательная кооперативность

d. Mg ²⁺ и MgATP ^2- : аллостерическая активация

Пропионил-КоА-карбоксилазой

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

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

Смотрите также

• Анаплеротические реакции
• Пропионовая ацидемия

использованная литература

внешние ссылки

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