Биотинсинтаза

показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

Биотинсинтаза
Биотинсинтаза
	Кристаллическая структура биотинсинтазы
Идентификаторы
Номер ЕС.	2.8.1.6
Номер CAS.	80146-93-6
Базы данных
ИнтЭнк	вид IntEnz
БРЕНДА	БРЕНДА запись
Экспаси	Просмотр NiceZyme
КЕГГ	КЕГГ запись
МетаЦик	метаболический путь
ПРЯМОЙ	профиль
PDB Структуры	RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология	АмиГО / QuickGO
PMC
показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

Биотинсинтаза (BioB) ( EC 2.8.1.6 ) представляет собой фермент превращение , катализирующий детиобиотина (DTB) в биотин; это заключительный этап пути биосинтеза биотина . Биотин , также известный как витамин B7, является кофактором, используемым в реакциях карбоксилирования , декарбоксилирования и транскарбоксилирования во многих организмах, включая человека. ^{[ 1 ]} Биотинсинтаза представляет собой фермент, зависимый от S-аденозилметионина (SAM), который использует радикальный механизм для тиолирования детиобиотина, превращая его таким образом в биотин.

Этот радикальный фермент SAM принадлежит к семейству трансфераз , в частности серотрансфераз, которые переносят серосодержащие группы. Систематическое название этого класса ферментов — детиобиотин:серосульфотрансфераза . Этот фермент участвует в метаболизме биотина . В нем используется один кофактор — железо-сера .

Структура

Показан активный центр биотинсинтазы с кластерами [2Fe-2S] и [4Fe-4S], а также детиобиотином (фиолетовый) и S-аденозилметионином (красный).

В 2004 году кристаллическая структура биотинсинтазы в комплексе с SAM и детиобиотином была определена с разрешением 3,4 ангстрема. ^{[ 2 ]} Код доступа PDB для этой структуры — 1R30 . Белок представляет собой гомодимер , то есть он состоит из двух идентичных аминокислотных цепей , которые складываются вместе с образованием биотинсинтазы. Каждый мономер в структуре, показанной на рисунке, содержит ствол ТИМ с [4Fe-4S] ²⁺кластер, SAM и [2Fe-2S] ²⁺кластер.

[4Fe-4S] ²⁺кластер используется в качестве каталитического кофактора , непосредственно координирующего SAM. Перекрытие орбит между SAM и уникальным атомом Fe на [4Fe-4S] ²⁺кластер наблюдался. ^{[ 3 ]} Предсказанная роль [4Fe-4S] ²⁺Кофактор заключается в переносе электрона на SAM посредством внутрисферного механизма, переводя его в нестабильное высокоэнергетическое состояние, что в конечном итоге приводит к образованию 5'-дезоксиаденозильного радикала . ^{[ 4 ]}

[2Fe-2S] ²⁺Считается, что кластер является источником серы, из которой можно тиолировать DTB. Изотопная маркировка ^{[ 5 ]} и спектроскопические исследования ^{[ 6 ]} показать разрушение [2Fe-2S] ²⁺кластер сопровождает оборот BioB, что указывает на то, что это, вероятно, сера из [2Fe-2S] ²⁺который включается в DTB с образованием биотина.

Механизм

Реакцию, катализируемую биотинсинтазой, можно резюмировать следующим образом:

детиобиотин + сера + 2 S-аденозил-L-метионин $\rightleftharpoons$ биотин + 2 L-метионин + 2 5'-дезоксиаденозин

Предлагаемый механизм биотинсинтазы начинается с переноса электронов во внутреннюю сферу от серы на SAM, восстанавливая [4Fe-4S] ²⁺кластер. Это приводит к спонтанному разрыву связи CS с образованием 5'-дезоксиаденозильного радикала (5'-dA). ^{[ 7 ]} Этот углеродный радикал отрывает водород от детиобиотина, образуя углеродный радикал детиобиотинил C9, который немедленно гасится за счет связи с атомом серы на [2Fe-2S] ²⁺. Это восстанавливает один из атомов железа из Fe ^III в Фе ^II. В этот момент образовавшиеся ранее 5'-дезоксиаденозил и метионин заменяются на второй эквивалент SAM. В результате восстановительного расщепления образуется еще один 5'-дезоксиаденозильный радикал, который отрывает водород от C6 детиобиотина. Этот радикал атакует серу, присоединенную к C9, и образует тиофановое кольцо биотина, оставляя после себя нестабильный кластер диоксида железа, который, вероятно, диссоциирует. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

Использование неорганического источника серы весьма необычно для реакций биосинтеза с участием серы. Однако детиобиотин содержит неполярные неактивированные атомы углерода в местах образования желаемых связей CS. Образование радикала 5'-dA позволяет отщеплять водород от неактивированных углей на DTB, оставляя после себя радикалы активированного углерода, готовые к функционализации. По своей природе радикальная химия допускает цепные реакции, поскольку радикалы легко гасятся за счет образования связей CH, в результате чего на атоме, из которого произошел водород, образуется еще один радикал. Мы можем рассмотреть возможность использования свободного сульфида, алкантиола или алканперсульфида в качестве донора серы для DTB. При физиологическом pH все они будут протонированы, и углеродный радикал, вероятно, будет гаситься за счет переноса атома водорода, а не за счет образования связи CS. ^{[ 10 ]}

Актуальность для людей

Биотинсинтаза не обнаружена у человека . Поскольку биотин является важным кофактором для многих ферментов, люди должны потреблять биотин с пищей из микробных и растительных источников. ^{[ 11 ]} человека , что микробиом кишечника Однако было показано содержит Escherichia coli , которая действительно содержит биотинсинтазу. ^{[ 12 ]} предоставление еще одного источника биотина для каталитического использования. Количество кишечной палочки , вырабатывающей биотин, у взрослых значительно выше, чем у младенцев, что указывает на то, что при оценке потребностей человека в питании следует учитывать микробиом кишечника и стадию развития. ^{[ 13 ]}

Ссылки

^ Рот К.С. (сентябрь 1981 г.). «Биотин в клинической медицине - обзор». Американский журнал клинического питания . 34 (9): 1967–74. doi : 10.1093/ajcn/34.9.1967 . ПМИД 6116428 .
^ Беркович Ф., Николет Ю., Ван Дж.Т., Джарретт Дж.Т., Дреннан К.Л. (январь 2004 г.). «Кристаллическая структура биотинсинтазы, S-аденозилметионин-зависимого радикального фермента» . Наука . 303 (5654): 76–9. Бибкод : 2004Sci...303...76B . дои : 10.1126/science.1088493 . ПМК 1456065 . ПМИД 14704425 .
^ Коспер М.М., Джеймсон Г.Н., Давыдов Р., Эйдснесс М.К., Хоффман Б.М., Хьюн Б.Х., Джонсон М.К. (ноябрь 2002 г.). «Кластер [4Fe-4S](2+) в восстановленной биотинсинтазе связывает S-аденозил-L-метионин». Журнал Американского химического общества . 124 (47): 14006–7. дои : 10.1021/ja0283044 . ПМИД 12440894 .
^ Олланье-де Шуденс С., Санакис Й., Хьюитсон К.С., Роуч П., Мюнк Э., Фонтекав М. (апрель 2002 г.). «Восстановительное расщепление S-аденозилметионина биотинсинтазой Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 277 (16): 13449–54. дои : 10.1074/jbc.M111324200 . ПМИД 11834738 .
^ Буи Б.Т., Флорентен Д., Фурнье Ф., Плу О., Межан А., Марке А. (ноябрь 1998 г.). «Механизм биотинсинтазы: о происхождении серы». Письма ФЭБС . 440 (1–2): 226–30. дои : 10.1016/S0014-5793(98)01464-1 . ПМИД 9862460 . S2CID 33771553 .
^ Угулава Н.Б., Саканелл СиДжей, Джарретт Дж.Т. (июль 2001 г.). «Спектроскопические изменения во время одного оборота биотинсинтазы: разрушение кластера [2Fe-2S] сопровождает внедрение серы» . Биохимия . 40 (28): 8352–8. дои : 10.1021/bi010463x . ПМК 1489075 . ПМИД 11444982 .
^ Ван С.К., Фрей П.А. (март 2007 г.). «S-аденозилметионин как окислитель: радикальное суперсемейство SAM». Тенденции биохимических наук . 32 (3): 101–10. дои : 10.1016/j.tibs.2007.01.002 . ПМИД 17291766 .
^ Лотьерсо М., Це Сум Буй Б., Флорентин Д., Эскалеттес Ф., Марке А. (август 2005 г.). «Механизм биотинсинтазы: обзор». Труды Биохимического общества . 33 (Часть 4): 820–3. дои : 10.1042/BST0330820 . ПМИД 16042606 .
^ Джеймсон Г.Н., Коспер М.М., Эрнандес Х.Л., Джонсон М.К., Хьюн Б.Х. (февраль 2004 г.). «Роль кластера [2Fe-2S] в рекомбинантной биотинсинтазе Escherichia coli». Биохимия . 43 (7): 2022–31. дои : 10.1021/bi035666v . ПМИД 14967042 .
^ Фугейт CJ, Джарретт Джей Ти (ноябрь 2012 г.). «Биотинсинтаза: понимание радикально-опосредованного образования связи углерод-сера». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1824 (11): 1213–22. дои : 10.1016/j.bbapap.2012.01.010 . ПМИД 22326745 .
^ Земплени Дж., Видератне С.С., Хасан Ю.И. (январь 2009 г.). «Биотин » Биофакторы 35 (1): 36–46. дои : 10.1002/биоф.8 . ПМЦ 4757853 . ПМИД 19319844 .
^ Лин С., Кронан Дж. Э. (июнь 2011 г.). «Подведение итогов биосинтеза биотина». Молекулярные биосистемы . 7 (6): 1811–21. дои : 10.1039/c1mb05022b . ПМИД 21437340 .
^ Яцуненко Т., Рей Ф.Е., Манари М.Дж., Трехан И., Домингес-Белло М.Г., Контрерас М. и др. (май 2012 г.). «Микробиом кишечника человека в зависимости от возраста и географического положения» . Природа . 486 (7402): 222–7. Бибкод : 2012Natur.486..222Y . дои : 10.1038/nature11053 . ПМЦ 3376388 . ПМИД 22699611 .

Дальнейшее чтение

Шиуан Д., Кэмпбелл А. (июль 1988 г.). «Регуляция транскрипции и расположение генов биотиновых оперонов Escherichia coli, Citrobacter freundii и Salmonella typhimurium». Джин . 67 (2): 203–11. дои : 10.1016/0378-1119(88)90397-6 . ПМИД 2971595 .
Чжан С., Саньял И., Бульбоака Г.Х., Рич А., Флинт Д.Х. (февраль 1994 г.). «Ген биотинсинтазы из Saccharomyces cerevisiae: клонирование, секвенирование и комплементация штаммов Escherichia coli, лишенных биотинсинтазы». Архив биохимии и биофизики . 309 (1): 29–35. дои : 10.1006/abbi.1994.1079 . ПМИД 8117110 .
Трейнор Д.А., Парри Р.Дж., Гиттерман А. (1980). «Биосинтез биотина. 2. Стереохимия введения серы по С-4 детиобиотина». Дж. Ам. хим. Соц . 102 (4): 1467–1468. дои : 10.1021/ja00524a064 .
Лотьерсо М., Це Сум Буй Б., Флорентин Д., Эскалеттес Ф., Марке А. (август 2005 г.). «Механизм биотинсинтазы: обзор». Труды Биохимического общества . 33 (Часть 4): 820–3. дои : 10.1042/BST0330820 . ПМИД 16042606 .
Беркович Ф., Николет Ю., Ван Дж.Т., Джарретт Дж.Т., Дреннан К.Л. (январь 2004 г.). «Кристаллическая структура биотинсинтазы, S-аденозилметионин-зависимого радикального фермента» . Наука . 303 (5654): 76–9. Бибкод : 2004Sci...303...76B . дои : 10.1126/science.1088493 . ПМК 1456065 . ПМИД 14704425 .
Угулава Н.Б., Гибни Б.Р., Джарретт Дж.Т. (июль 2001 г.). «Биотинсинтаза содержит два различных сайта связывания кластеров железа и серы: химический и спектроэлектрохимический анализ взаимопревращений кластеров железа и серы» . Биохимия . 40 (28): 8343–51. дои : 10.1021/bi0104625 . ПМЦ 1538964 . ПМИД 11444981 .

Внешние ссылки

СМИ, связанные с биотинсинтазой, на Викискладе?

[1] Рот К.С. (сентябрь 1981 г.). «Биотин в клинической медицине - обзор». Американский журнал клинического питания . 34 (9): 1967–74. doi : 10.1093/ajcn/34.9.1967 . ПМИД 6116428 .

[2] Беркович Ф., Николет Ю., Ван Дж.Т., Джарретт Дж.Т., Дреннан К.Л. (январь 2004 г.). «Кристаллическая структура биотинсинтазы, S-аденозилметионин-зависимого радикального фермента» . Наука . 303 (5654): 76–9. Бибкод : 2004Sci...303...76B . дои : 10.1126/science.1088493 . ПМК 1456065 . ПМИД 14704425 .

[3] Коспер М.М., Джеймсон Г.Н., Давыдов Р., Эйдснесс М.К., Хоффман Б.М., Хьюн Б.Х., Джонсон М.К. (ноябрь 2002 г.). «Кластер [4Fe-4S](2+) в восстановленной биотинсинтазе связывает S-аденозил-L-метионин». Журнал Американского химического общества . 124 (47): 14006–7. дои : 10.1021/ja0283044 . ПМИД 12440894 .

[4] Олланье-де Шуденс С., Санакис Й., Хьюитсон К.С., Роуч П., Мюнк Э., Фонтекав М. (апрель 2002 г.). «Восстановительное расщепление S-аденозилметионина биотинсинтазой Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 277 (16): 13449–54. дои : 10.1074/jbc.M111324200 . ПМИД 11834738 .

[5] Буи Б.Т., Флорентен Д., Фурнье Ф., Плу О., Межан А., Марке А. (ноябрь 1998 г.). «Механизм биотинсинтазы: о происхождении серы». Письма ФЭБС . 440 (1–2): 226–30. дои : 10.1016/S0014-5793(98)01464-1 . ПМИД 9862460 . S2CID 33771553 .

[6] Угулава Н.Б., Саканелл СиДжей, Джарретт Дж.Т. (июль 2001 г.). «Спектроскопические изменения во время одного оборота биотинсинтазы: разрушение кластера [2Fe-2S] сопровождает внедрение серы» . Биохимия . 40 (28): 8352–8. дои : 10.1021/bi010463x . ПМК 1489075 . ПМИД 11444982 .

[7] Ван С.К., Фрей П.А. (март 2007 г.). «S-аденозилметионин как окислитель: радикальное суперсемейство SAM». Тенденции биохимических наук . 32 (3): 101–10. дои : 10.1016/j.tibs.2007.01.002 . ПМИД 17291766 .

[8] Лотьерсо М., Це Сум Буй Б., Флорентин Д., Эскалеттес Ф., Марке А. (август 2005 г.). «Механизм биотинсинтазы: обзор». Труды Биохимического общества . 33 (Часть 4): 820–3. дои : 10.1042/BST0330820 . ПМИД 16042606 .

[9] Джеймсон Г.Н., Коспер М.М., Эрнандес Х.Л., Джонсон М.К., Хьюн Б.Х. (февраль 2004 г.). «Роль кластера [2Fe-2S] в рекомбинантной биотинсинтазе Escherichia coli». Биохимия . 43 (7): 2022–31. дои : 10.1021/bi035666v . ПМИД 14967042 .

[10] Фугейт CJ, Джарретт Джей Ти (ноябрь 2012 г.). «Биотинсинтаза: понимание радикально-опосредованного образования связи углерод-сера». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1824 (11): 1213–22. дои : 10.1016/j.bbapap.2012.01.010 . ПМИД 22326745 .

[11] Земплени Дж., Видератне С.С., Хасан Ю.И. (январь 2009 г.). «Биотин » Биофакторы 35 (1): 36–46. дои : 10.1002/биоф.8 . ПМЦ 4757853 . ПМИД 19319844 .

[12] Лин С., Кронан Дж. Э. (июнь 2011 г.). «Подведение итогов биосинтеза биотина». Молекулярные биосистемы . 7 (6): 1811–21. дои : 10.1039/c1mb05022b . ПМИД 21437340 .

[13] Яцуненко Т., Рей Ф.Е., Манари М.Дж., Трехан И., Домингес-Белло М.Г., Контрерас М. и др. (май 2012 г.). «Микробиом кишечника человека в зависимости от возраста и географического положения» . Природа . 486 (7402): 222–7. Бибкод : 2012Natur.486..222Y . дои : 10.1038/nature11053 . ПМЦ 3376388 . ПМИД 22699611 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

v т и Трансферазы : серосодержащая группа ( EC 2.8)
2.8.1 : Серотрансферазы	Тиосульфатсульфаттрансфераза Роданский 3-меркаптопируватсертрансфераза тиосульфат-тиолсертрансфераза тРНК серотрансфераза тиосульфат-дитиолсертрансфераза биотинсинтаза цистеиндесульфураза
2.8.2 : Сульфотрансферазы	Алкогольная сульфотрансфераза Тирозилпротеинсульфотрансфераза Арилсульфотрансфераза
2.8.3 : КоА-трансферазы	Пропионат-КоА-трансфераза
2.8.4 : Алкилтио	Коэнзим-B сульфоэтилтиотрансфераза

v т и Ферменты
Активность	Активный сайт Связывающий сайт Каталитическая триада Оксианионная дырка Ферментная распущенность Фермент, ограниченный диффузией Кофактор Ферментативный катализ
Регулирование	Аллостерическая регуляция Кооперативность Ингибитор ферментов Активатор ферментов
Классификация	Номер ЕС Суперсемейство ферментов Семейство ферментов Список ферментов
Кинетика	Кинетика ферментов Диаграмма Иди – Хофсти Заговор Хейнса – Вульфа График Лайнуивера – Берка Кинетика Михаэлиса – Ментен
Типы	EC1 Оксидоредуктазы ( список ) EC2 Трансферазы ( список ) EC3 Гидролазы ( список ) EC4- лиазы ( список ) EC5 Изомеразы ( список ) EC6- лигазы ( список ) EC7 Транслоказы ( список )