Пируват декарбоксилаза - Pyruvate decarboxylase
| Пируват декарбоксилаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Реакция, катализируемая пируватдекарбоксилазой:
пируват + тиаминпирофосфат (TPP) → гидроксиэтил-TPP + CO 2 | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| ЕС нет. | 4.1.1.1 | ||||||||
| № CAS | 9001-04-1 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Пируватдекарбоксилаза - это фермент ( EC 4.1.1.1 ), который катализирует декарбоксилирование пировиноградной кислоты до ацетальдегида . Его также называют 2-оксокислотной карбоксилазой, альфа-кетокислотной карбоксилазой и пировиноградной декарбоксилазой. В анаэробных условиях этот фермент участвует в процессе ферментации дрожжей, особенно из рода Saccharomyces , для производства этанола путем ферментации. Он также присутствует у некоторых видов рыб (включая золотую рыбку и карпа ), где он позволяет рыбе выполнять ферментацию этанола (наряду с ферментацией молочной кислоты) при недостатке кислорода. Пируватдекарбоксилаза запускает этот процесс, превращая пируват в ацетальдегид и диоксид углерода. Пируватдекарбоксилаза зависит от кофакторов тиаминпирофосфата (TPP) и магния. Этот фермент не следует принимать за неродственный фермент пируватдегидрогеназу , оксидоредуктазу ( EC 1.2.4.1 ), который катализирует окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-КоА .
Состав
Пируватдекарбоксилаза представляет собой димер димеров с двумя активными центрами, общими для мономеров каждого димера. Фермент содержит структуру бета-альфа-бета, дающую параллельные бета-листы. Он содержит 563 субъединицы остатка в каждом димере; фермент имеет сильное притяжение к интермономерам, но димеры слабо взаимодействуют с образованием рыхлого тетрамера.
Мультяшная диаграмма мономера пируватдекарбоксилазы с присоединенным TPP.
Мультфильм диаграмма тетрамера пируват декарбоксилазы.
Активный центр пируватдекарбоксилазы с выбранными аминокислотами: Glu-51, Glu-477, Asp-444 и Asp-28. Также отображаются кофакторы TPP и Mg 2+ .
Положение остатков His и Cys по отношению к активному центру (TPP и Mg), участвующим в конформации, изменяется при взаимодействии с пируватным субстратом.
Остатки активного сайта
Каждый активный сайт имеет 20 аминокислотных остатков, включая кислый Glu-477, который взаимодействует с кольцом TPP, и Glu-51, который участвует в связывании кофактора. Эти глутаматы также стабилизируют илид TPP, действуя как доноры протонов. Неполярная среда вокруг этого Glu 477 неполярна, что способствует более высокому, чем обычно, pK a (нормальные pKa Glu и Asp составляют около 4,6 в небольших белках).
Липофильные остатки Ile-476, Ile-480 и Pro-26 вносят вклад в неполярность области вокруг Glu-477. Единственным другим отрицательно заряженным остатком, кроме кофермента TPP, является Asp-28, который также способствует увеличению pK a Glu-477. Таким образом, окружающая среда фермента должна обеспечивать протонирование гамма-карбоксильной группы Glu-477 до pH около 6.
Аминопиримидиновое кольцо на TPP действует как основание, когда оно находится в иминной форме, для отрыва протона C2 от TPP с образованием нуклеофильного илида . Это должно происходить, потому что фермент не имеет основных боковых цепей, которые депротонировали бы TPP C2. Мутация в активном сайте с участием этих Glu может привести к неэффективности или неактивности фермента. Эта неактивность была доказана в экспериментах, в которых отсутствовали N1 'и / или 4'-аминогруппы. При ЯМР-анализе было определено, что, когда TPP связывается с ферментом вместе с аналогом субстатического состояния пирувамидом, скорость образования илида выше, чем нормальная скорость фермента. Кроме того, скорость мутации Glu 51 в Gln значительно снижает эту скорость.
Остатки Asp-444 и Asp-28 связывают Mg 2+ . Два Cys-221 (более 20 Ангстремов от каждого сайта) и His-92 запускают конформационное изменение , которое ингибирует или активирует фермент в зависимости от доступности субстрата. Если субстрат, связанный в активном сайте, представляет собой пируват, фермент активируется конформационным изменением в этом регуляторном сайте . Конформационное изменение включает 1,2-нуклеофильное присоединение. Эта реакция, образование тиокеталя, переводит фермент из неактивного в активное состояние.
Ингибирование сайта осуществляется классом ингибиторов / аналогов субстрата XC 6 H 4 CH = CHCOCOOH, а также продуктом декарбоксилирования таких соединений, как коричный альдегид. Другие потенциальные нуклеофильные сайты для ингибитора включают Cys-152, Asp-28, His-114, His-115 и Gln-477.
Нормальная каталитическая скорость пируватдекарбоксилазы k cat = 10 с -1 . Однако скорость фермента с мутацией Glu-51 в Gln составляет 1,7 с -1 .
Протезная группа ТПП
Кофактор TPP является простетической группой фермента. Центр CH, расположенный между атомами серы и азота на тиазольном кольце, является кислым. При депротонировании он образует илид, и тот же углеродный центр приобретает карбанионный характер (т. Е. Становится отрицательно заряженным). Кетоновый углерод пирувата связывается с этим нуклеофилом. Во время декарбоксилирования пирувата TPP стабилизирует карбанионные промежуточные соединения как электрофил за счет нековалентных связей. В частности, пиридильный азот N1 'и 4'-аминогруппа TPP важны для каталитической функции комплекса фермент-TDP.
Механизм
Фермент расщепляет пируват на диоксид углерода и ацетальдегид. Реакция протекает путем атаки нуклеофильного карбеноидного углерода на кетогруппу. Этот промежуточный продукт теряет CO 2 , давая енольный аддукт ацетальдегида. Этот шаг необратим. Впоследствии высвобождается свободный ацетальдегид.
Дрожжи
В дрожжах пируватдекарбоксилаза действует независимо во время анаэробной ферментации и выделяет 2-углеродный фрагмент в виде ацетальдегида и диоксида углерода. Пируватдекарбоксилаза создает средства удаления CO 2 , которые клетки рассеивают. Фермент также предназначен для создания этанола, который используется в качестве антибиотика для уничтожения конкурирующих организмов. Фермент необходим для декарбоксилирования альфа-кетокислот, поскольку в переходном состоянии на карбонильном атоме углерода происходит накопление отрицательного заряда; следовательно, фермент обеспечивает подходящую среду для встречи TPP и альфа-кетокислоты (пирувата).
Рекомендации
Внешние ссылки
- Пируват + декарбоксилаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
