Белок-носитель биотин-карбоксила
Белок-карбоксил-носитель биотина (BCCP) относится к белкам, содержащим домен прикрепления биотина , который переносит биотин и карбоксибиотин в ходе АТФ -зависимого карбоксилирования биотин-зависимыми карбоксилазами. Белок-карбоксил-носитель биотина представляет собой субъединицу ацетил-КоА, которая позволяет ацетил-КоА катализироваться и превращаться в малонил-КоА. Более конкретно, BCCP катализирует карбоксилирование белка-носителя с образованием промежуточного продукта. Затем карбоксильная группа переносится транскаркбоксилазой с образованием малонил-КоА. [ 1 ] Это преобразование является важным этапом биосинтеза жирных кислот. В случае E. coli ацетил-КоА-карбоксилазы BCCP представляет собой отдельный белок, известный как accB ( P0ABD8 ). С другой стороны, у Haloferax mediterranei пропионил -КоА-карбоксилаза BCCP pccA ( I3R7G3 ) слита с биотинкарбоксилазой .
Биосинтез жирных кислот в растениях, таких как триацилглицерин , жизненно важен для общего здоровья растения, поскольку способствует накоплению масла из семян. Биосинтез, катализируемый BCCP, обычно происходит в хлоропластах растительных клеток. Биосинтез, осуществляемый белком BCCP, обеспечивает перенос CO 2 внутри активных участков клетки. [ 2 ]
Белок-переносчик биотина-карбоксила несет примерно 1 моль биотина на 22 000 г белка. [ 3 ]
На данный момент исследований по BCCP не так много. Однако недавнее исследование геномики растений показало, что BCCP Brassica могут играть ключевую роль в абиотических и биотических реакциях на стресс. [ 4 ] Это означает, что эти белки могут передавать сообщения остальной части тела растения после того, как оно подверглось воздействию экстремальных условий, нарушающих гомеостаз растения.
Синтез малонил-КоА
[ редактировать ] |
Синтез малонил-КоА состоит из двух полуреакций. Первый представляет собой карбоксилирование биотина бикарбонатом, а второй представляет собой перенос группы CO 2 на ацетил-КоА из карбоксибиотина с образованием малонил-КоА. Для успешного прохождения этой двухэтапной реакции необходимы две разные белковые субсборки, а также BCCP: биотинкарбоксилаза (BC) и карбоксилтрансфераза (CT). BCCP содержит кофактор биотина, который ковалентно связан с остатком лизина. [ 5 ]
У грибов, млекопитающих и цитозолей растений все три этих компонента (BCCP, BC и CT) существуют на одной полипептидной цепи. Однако большинство исследований этого белка проведено на форме фермента E. coli , где все три компонента существуют в виде трех отдельных комплексов, а не объединены в одну полипептидную цепь.
Структура
[ редактировать ] Трехмерные структуры двух доменов биотина. Структуры биотиновых доменов белка-переносчика биотина (BCCP) ацетил-КоА-карбоксилазы Escherichia coli и (справа) 1,3S-субъединицы Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii транскарбоксилаза (ТС). |
Первое сообщение о структуре BCCP было сделано биохимиками Ф. К. Атаппилли и В. А. Хендриксоном в 1995 году. [ 6 ] Его можно представить как длинную структуру β-шпильки с четырьмя парами антипараллельных β-нитей, которые обертываются вокруг центрального гидрофобного ядра. Мотив биотинилирования Met-Lys-Met расположен на кончике структуры β-шпильки. Вращения вокруг связи CαCβ этого остатка Lys способствуют модели «качающегося рычага». Соединение с остальной частью фермента на N-конце ядра BCCP расположено на конце структуры, противоположном биотиновому фрагменту. Вращения вокруг этой области способствуют модели качающегося домена, а атом N1' биотина находится на расстоянии ~ 40 Å от этой точки поворота. Это дает диапазон ~ 80 Å для модели качающегося домена, а наблюдаемые до сих пор расстояния активных центров BC-CT составляют от 40 до 80 Å. [ 7 ] Кроме того, линкер перед ядром BCCP в голоферменте также может быть гибким, что обеспечит дальнейший доступ к атому N1' биотина. [ 8 ]
Структуры биотин-принимающих доменов E. coli BCCP-87 и 1.3S-субъединицы P. shermanii TC были определены как методами рентгеновской кристаллографии, так и методами ядерного магнитного резонанса. (Атаппилли и Хендриксон, 1995; Робертс и др ., 1999; Редди и др ., 1998). [ 9 ] Они образуют по существу те же структуры, которые структурно родственны липоильным доменам мультиферментных комплексов дегидрогеназы 2-оксокислот (Brocklehurst and Perham, 1993; Dardel et al ., 1993), которые аналогичным образом подвергаются аналогичной посттрансляционной модификации. Эти домены образуют уплощенную структуру β-цилиндра, состоящую из двух четырехцепочечных β-листов с N- и C-концевыми остатками, расположенными близко друг к другу на одном конце структуры. На другом конце молекулы биотинил- или липоил-акцепторный лизин расположен в сильно открытой, тугой шпильке между нитями β4 и β5. Структура домена стабилизирована ядром из гидрофобных остатков, которые являются важными структурными детерминантами. Консервативные остатки глицина занимают β-витки, соединяющие β-цепи. [ 10 ]
Структура биотин-принимающего домена состоит из BCCP-87, который содержит вставку из семи аминокислот, общую для некоторых прокариотических ацетил-КоА-карбоксилаз, но не присутствующую в других биотиндоменах (Chapman-Smith and Cronan, 1999). Эта область пептида принимает структуру большого пальца между нитями β2 и β3 и, что интересно, образует прямые контакты с фрагментом биотина как в кристаллической, так и в растворной структурах (Athappilly and Hendrickson, 1995; Roberts et al ., 1999). Было высказано предположение, что этот большой палец может функционировать как подвижная крышка для одного или, возможно, для обоих активных центров биотинкарбоксилазы или карбоксилтрансферазы в биотин-зависимом ферменте (Cronan, 2001). Функция этой крышки может помочь предотвратить сольватацию активных центров, тем самым способствуя переносу CO 2 от карбоксибиотина к ацетил-КоА. Во-вторых, большой палец необходим для димеризации BCCP, необходимой для образования активного комплекса ацетил-КоА-карбоксилазы (Cronan, 2001). В заключение следует отметить, что функция большого пальца ингибирует аберрантное липоилирование целевого лизина липоилпротеинлигазой (Reche and Perham, 1999). Удаление большого пальца путем мутагенеза сделало BCCP-87 благоприятным субстратом для липоилирования, но отменило биотинилирование (Reche and Perham, 1999). Однако структура большого пальца не является высококонсервативной особенностью среди всех доменов биотина. Многие биотин-зависимые ферменты не содержат этой вставки, включая все пять ферментов млекопитающих. Тем не менее, похоже, что взаимодействия между биотином и белком могут быть консервативной особенностью и важной для катализа, поскольку подобные контакты наблюдались в доменах «без большого пальца» из Транскарбоксилаза P. shermanii (Jank et al ., 2002) и белок прикрепления биотинил/липоил B. subtilis (Cui et al ., 2006). Значение этого требует дальнейшего изучения, но возможно, что механизм, используемый ферментами биотина, может включать нековалентные взаимодействия между белком и простетической группой.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «ЮниПрот» . www.uniprot.org . Проверено 26 апреля 2023 г.
- ^ «ИнтерПро» . www.ebi.ac.uk. Проверено 26 апреля 2023 г.
- ^ Фолл, Р. Рэй; Нерви, AM; Альбертс, Альфред В.; Вагелос, П. Рой (июль 1971 г.). «Ацетил-КоА-карбоксилаза: выделение и характеристика нативного белка-карбоксила-носителя биотина» . Труды Национальной академии наук . 68 (7): 1512–1515. Бибкод : 1971PNAS...68.1512F . дои : 10.1073/pnas.68.7.1512 . ISSN 0027-8424 . ПМК 389229 . ПМИД 4934522 .
- ^ Мегха, Свати; Ван, Чжэнпин; Кав, Нат, Невада; Рахман, Хабибур (17 октября 2022 г.). «Полногеномная идентификация субъединиц биотин-карбоксильного носителя ацетил-КоА-карбоксилазы у Brassica и их роль в устойчивости к стрессу у масличных культур Brassica napus» . БМК Геномика . 23 (1): 707. doi : 10.1186/s12864-022-08920-y . ISSN 1471-2164 . ПМЦ 9578262 . ПМИД 36253756 .
- ^ Чой-Ри, Ынджу (август 2003 г.). «Комплекс биотинкарбоксилаза-биотинкарбоксильный белок-носитель ацетил-КоА-карбоксилазы Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 278 (33): 30806–30812. дои : 10.1074/jbc.M302507200 . ПМИД 12794081 .
- ^ Атаппилли, ФК; Хендриксон, Вашингтон (15 декабря 1995 г.). «Структура биотинильного домена ацетил-кофермента А-карбоксилазы, определенная фазировкой MAD» . Структура . 3 (12): 1407–1419. дои : 10.1016/s0969-2126(01)00277-5 . ISSN 0969-2126 . ПМИД 8747466 . S2CID 21461025 .
- ^ Россен Донев, изд. (11 апреля 2023 г.). Контроль клеточного цикла и пролиферации клеток . Достижения в области химии белков и структурной биологии Vol. 135. Оксфорд [ua]: Академическая пресса. ISBN 978-0-443-15822-3 .
- ^ Тонг, Лян (2017), Поразительное разнообразие голоферментной архитектуры и обширная конформационная изменчивость биотин-зависимых карбоксилаз , Достижения в области химии белков и структурной биологии, том. 109, Elsevier, стр. 161–194, doi : 10.1016/bs.apcsb.2017.04.006 , ISBN 978-0-12-811876-4
- ^ Чарльз О. Рок, Сюзанна Джековски, Джон Э. Кронан, Глава 2 – Липидный обмен у прокариот, Редактор(ы): Деннис Э. Вэнс, Джин Э. Вэнс, Новая комплексная биохимия, Эльзевир, Том 31, 1996, Страницы 35-74, ISSN 0167-7306 , ISBN 978-0-444-82359-5 , два : 10.1016/S0167-7306(08)60509-8 .
- ^ Леннарц, Уильям Дж. и М. Дэниел Лейн. Энциклопедия биологической химии . Эльзевир, 2013.