La propionil-CoA carboxilasa ( PCC ) cataliza la reacción de carboxilación de propionil CoA en la matriz mitocondrial . La enzima depende de la biotina . El producto de la reacción es (S) - metilmalonil CoA . El propionil CoA es el producto final del metabolismo de los ácidos grasos de cadena impar y también es un metabolito de la mayoría de los ácidos grasos ramificados con metilo . También es el principal metabolito de la valina y, junto con la acetil-CoA , es un metabolito de la isoleucina, así como un metabolito de la metionina . La propionil-CoA es, por tanto, de gran importancia como glucosa.precursor. (S) -Metilmalonil-CoA no es directamente utilizable por animales; una racemasa actúa sobre él para dar (R) -metilmalonil-CoA. Esta última se convierte mediante metilmalonil-CoA mutasa (una de las pocas enzimas dependientes de la vitamina B 12 ) para dar succinil-CoA . Este último se convierte en oxalacetato y luego en malato en el ciclo de Krebs . La exportación de malato al citosol conduce a la formación de oxalacetato , piruvato de fosfoenol y otros intermedios gluconeogénicos.
Propionil-CoA carboxilasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 6.4.1.3 | |||||||
No CAS. | 9023-94-3 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
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FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
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MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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Metilmalonil-CoA descarboxilasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 4.1.1.41 | |||||||
No CAS. | 37289-44-4 | |||||||
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Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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- ATP + propionil-CoA + HCO 3 - <=> ADP + fosfato + (S) -metilmalonil-CoA
Se ha clasificado como ligasa [1] y liasa . [2]
Estructura de la enzima
La propionil-CoA carboxilasa (PCC) es un alfa (6) -beta (6) -dodecámero de 750 kDa. (Sólo aproximadamente 540 kDa es una enzima nativa. [3] ) Las subunidades alfa están dispuestas como monómeros, decorando el núcleo central hexamérico beta-6. Dicho núcleo está orientado como un cilindro corto con un orificio a lo largo de su eje.
La subunidad alfa de PCC contiene los dominios biotina carboxilasa (BC) y proteína transportadora biotina carboxilo (BCCP). Un dominio conocido como dominio BT también se encuentra en la subunidad alfa y es esencial para las interacciones con la subunidad beta. El pliegue de barril beta antiparalelo de 8 hebras de este dominio es particularmente interesante. La subunidad beta contiene la actividad carboxiltransferasa (CT). [4]
Los sitios BC y CT están separados aproximadamente por 55 Å, lo que indica que el dominio BCCP completo se transloca durante la catálisis de la carboxilación de propionil-CoA . [5] Esto proporciona una clara evidencia de la interacción dimérica crucial entre las subunidades alfa y beta.
El bolsillo de unión a biotina del PCC es hidrófobo y muy conservado. La biotina y la propionil-CoA se unen perpendicularmente entre sí en el sitio activo que contiene el orificio de oxianión . Se ha determinado que la relación de enzima nativa a biotina es un mol de enzima nativa por 4 moles de biotina. [3] Se cree que el N1 de la biotina es la base del sitio activo. [4]
La mutagénesis dirigida al sitio en D422 muestra un cambio en la especificidad del sustrato del sitio de unión de propionil-CoA, lo que indica la importancia de este residuo en la actividad catalítica de PCC. [6] En 1979, la inhibición por fenilglioxal determinó que un grupo fosfato de propionil-CoA o ATP reacciona con un residuo de arginina esencial en el sitio activo durante la catálisis. [7] Más tarde (2004), se sugirió que la Arginina-338 sirve para orientar el intermedio carboxifosfato para la carboxilación óptima de biotina. [8]
Se ha determinado que los valores de KM para ATP, propionil-CoA y bicarbonato son 0,08 mM, 0,29 mM y 3,0 mM, respectivamente. El punto isoeléctrico cae a pH 5,5. La integridad estructural del PCC se conserva en el rango de temperatura de -50 a 37 grados Celsius y el rango de pH de 6.2 a 8.8. Se demostró que el pH óptimo estaba entre 7,2 y 8,8 sin biotina unida. [3] Con biotina, el pH óptimo es 8.0-8.5. [9]
Mecanismo enzimático
El mecanismo de reacción catalítica normal implica un intermedio de carbanión y no procede a través de un proceso concertado. [10] La Figura 3 muestra una ruta probable.
Se ha demostrado que la reacción es ligeramente reversible a bajo flujo de propionil-CoA. [11]
Isoenzimas
Los seres humanos expresan las siguientes dos isoenzimas propionil-CoA carboxilasa :
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Patología
Una deficiencia se asocia con acidemia propiónica . [12] [13] [14]
La actividad de PCC es el indicador más sensible del estado de biotina probado hasta la fecha. En futuros estudios de embarazo, el uso de datos de actividad de PCC de linfocitos debería resultar valioso en la evaluación del estado de biotina. [15]
Complementación intragénica
Cuando múltiples copias de un polipéptido codificado por un gen forman un agregado, esta estructura de proteína se denomina multímero. Cuando un multímero se forma a partir de polipéptidos producidos por dos alelos mutantes diferentes de un gen particular, el multímero mixto puede exhibir una mayor actividad funcional que los multímeros sin mezclar formados por cada uno de los mutantes solo. En tal caso, el fenómeno se denomina complementación intragénica .
El PCC es un heteropolímero compuesto por subunidades α y β en una estructura α 6 β 6 . Las mutaciones en PCC, ya sea en la subunidad α (PCCα) o en la subunidad β (PCCβ) pueden causar acidemia propiónica en humanos. Cuando diferentes líneas celulares de fibroblastos de piel mutantes defectuosas en PCCβ se fusionaron en combinaciones por pares, la proteína heteromultimérica β formada como resultado a menudo exhibió un nivel de actividad más alto de lo que cabría esperar en base a las actividades de las enzimas parentales. [16] Este hallazgo de complementación intragénica indicó que la estructura multimérica de PCC permite interacciones cooperativas entre los monómeros constituyentes de PCCβ que pueden generar una forma más funcional de la holoenzima.
Regulación
De propionil-CoA carboxilasa
una. Carbamazepina (fármaco antiepiléptico): reduce significativamente los niveles de enzimas en el hígado [17]
B. Proteínas chaperoninas de E. coli groES y groEL: esenciales para el plegado y ensamblaje de subunidades heteroméricas de PCC humana [18]
C. Bicarbonato: cooperatividad negativa [8]
D. Mg 2+ y MgATP 2− : activación alostérica [19]
Por propionil-CoA carboxilasa
una. 6-Deoxyerythronolide B: la disminución de los niveles de PCC conduce a un aumento de la producción [20]
B. Glucoquinasa en células beta pancreáticas: precursor de beta-PCC demostrado que disminuye la KM y aumenta la Vmax; activación [21]
Ver también
- Reacciones anapleróticas
- Acidemia propiónica
Referencias
- ^ EC 6.4.1.3
- ^ EC 4.1.1.41
- ↑ a b c Kalousek F, Darigo MD, Rosenberg LE (1980). "Aislamiento y caracterización de propionil-CoA carboxilasa de hígado humano normal. Evidencia de un tetrámero protomérico de subunidades no idénticas". La revista de química biológica . 255 (1): 60–65. PMID 6765947 .
- ^ a b Diacovich L, Mitchell DL, Pham H, Gago G, Melgar MM, Khosla C, Gramajo H, Tsai SC (2004). "Estructura cristalina de la subunidad β de la acil-CoA carboxilasa: ingeniería basada en la estructura de la especificidad del sustrato †, ‡". Bioquímica . 43 (44): 14027–14036. doi : 10.1021 / bi049065v . PMID 15518551 .
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enlaces externos
- Propionil-CoA + carboxilasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .