프로피오닐CoA카르복실화효소

Propionyl-CoA carboxylase
프로피오닐CoA카르복실화효소
6ybp.jpg
프로피오닐-CoA카르복실화효소헤테로12머, 메틸루브럼익스토르켄스
식별자
EC 번호6.4.1.3
CAS 번호9023-94-3
데이터베이스
인텐츠IntEnz 뷰
브렌다브렌다 엔트리
ExPASyNiceZyme 뷰
케그KEGG 엔트리
메타사이크대사 경로
프라이머리프로필
PDB 구조RCSB PDB PDBe PDBum
진 온톨로지AmiGO / QuickGO

프로피오닐-CoA 카르복실화효소(EC 6.4.1.3, PCC)는 미토콘드리아 매트릭스에서 프로피오닐-CoA의 카르복실화 반응을 촉매한다.PCC는 리가아제와[1] 리아제 [2]둘 다로 분류되었다.그 효소는 비오틴 의존적이다.반응 생성물은 (S)-메틸말로닐 CoA이다.

ATP + 프로피오닐-CoA + HCO3− <=> ADP + 인산염 + (S)-메틸말로닐-CoA

(S)-메틸말로닐-CoA는 동물이 직접 이용할 수 없다.라세마아제에 의해 작용하여 (R)-메틸말로닐-CoA를 생성하고, 메틸말로닐-CoA 뮤타아제(비타민 B12를 보조 인자로 필요로 하는 몇 안 되는 대사 효소 중 하나)에 의해 숙시닐-CoA로 전환된다.크렙스 회로 중간체인 숙시닐-CoA는 푸마르산, 말산, 옥살아세트산 등으로 추가로 대사된다.옥살로아세테이트는 포스포에놀 피루브산염 및 기타 글루코네겐성 중간체를 형성하기 위해 세포 내로 운반될 수 있다.따라서 프로피오닐-CoA는 포도당의 중요한 전구체이다.

프로피오닐-CoA는 대부분의 메틸화 지방산을 포함한 홀수 사슬 지방산 대사의 최종 산물이다.아미노산 발린, 이소류신 및 메티오닌도 프로피오닐-CoA 대사의 기질이다.

구조.

프로피오닐-CoA 카르복실화효소(PCC)는 750kDa 알파(6)-베타(6)-도데카머(약 540kDa만이 토종효소)[3]이다. 알파 서브유닛은 단량체로 배열되어 중앙 베타-6 육각체 코어를 장식한다.해당 코어는 축을 따라 구멍이 뚫린 짧은 원통형이다.

PCC의 알파 서브유닛은 비오틴 카르복실화효소(BC) 및 비오틴 카르복실 캐리어 단백질(BCCP) 도메인을 포함한다.BT 도메인으로 알려진 도메인은 알파 서브유닛에 위치하고 베타 서브유닛과의 상호작용에 필수적이다.이 도메인의 8가닥 반병렬 베타 배럴 폴드는 특히 흥미롭다.베타 서브유닛은 카르복실전달효소([4]CT) 활성을 포함한다.

그림 1. (a)RpPCCα-RdPCCβ 키메라 구조의 도식도. 3중 대칭축 아래쪽에 표시.구조의 상반부에 있는 α 및 β 서브유닛 내의 도메인은 다른 색을 부여하고, 제1의 α 및 β 서브유닛 내의 도메인은 라벨을 붙인다.하단의 α와 β 서브유닛은 각각 자홍색과 녹색으로 색칠된다.빨간색 화살표는 패널 b. (b)의 보기 방향을 나타냅니다.RpPCCα-RdPCCβ 키메라 구조(이중 대칭 축 아래 참조).빨간색 직사각형은 그림 2a. (c)에 표시된 영역을 자세히 나타낸다.패널 a와 같은 방향에서 15Ω 해상도의 HsPCC의 Cryo-EM 재구축.키메라 원자 모델은 저온 전자파 엔벨로프에 적합했다. (d)cryo-EM 재구성은 패널 b와 같은 방향으로 표시됩니다.화살표는 cryo-EM 맵에 맞추기 위해 필요한 BCCP 위치 변경을 나타냅니다.모든 구조 피규어는 PyMOL(www.pymol.org)로, cryo-EM 피규어는 Kimera로 [5]제작되었습니다.이것은 알파와 베타 서브 유닛 사이의 중요한 이합체 상호작용에 대한 명확한 증거를 제공한다.

BC 부위와 CT 부위는 약 55Ω 떨어져 있으며,[5] 이는 프로피오닐-CoA의 카르복실화 촉매 작용 중에 BCCP 도메인 전체가 전이됨을 나타낸다.이것은 알파와 베타 서브 유닛 사이의 중요한 이합체 상호작용에 대한 명확한 증거를 제공한다.

그림 2. (a)홀로엔자임 내 BC 및 CT 활성 부위의 상대적 위치 개략도.하나의 α 서브유닛 및 β2 이합체(한 층에서 β1, 다른 층에서 β4)를 나타내며, 보는 방향은 그림 1b와 같다.두 활동 부위는 별과 함께 55Ω 거리로 구분되어 표시됩니다.또한 대장균 BC18과 착화체 ADP의 결합위치와 트랜스카르복실화효소 21의 12S 서브유닛과 착화체 CoA의 결합위치를 나타낸다.(b).BCCP-비오틴과 β 서브유닛의 C 도메인 간의 상세한 상호작용.수소 결합 상호작용은 빨간색 점선으로 표시됩니다.비오틴의 N1' 원자는 Pe397의 주쇄 카르보닐에 수소 결합되어 1'로 표시된다. (c)CT 활성 부위의 분자 표면으로, 양쪽 기판이 결합된 깊은 협곡을 보여준다.(d).CT 활성 [5]부위의 개략도.

PCC의 비오틴 결합 포켓은 소수성이며 보존성이 높다.비오틴과 프로피오닐-CoA는 옥시 음이온 홀을 포함한 활성 부위에서 서로 수직으로 결합한다.비오틴에 대한 토종 효소 대 비오틴 비율은 4 [3]몰 비오틴에 대한 1 몰 토종 효소로 결정되었다.비오틴의 N1은 활성 부위 [4]염기로 생각됩니다.

D422에서의 부위 지향 돌연변이 유발은 프로피오닐-CoA 결합 부위의 기질 특이성의 변화를 나타내며, 따라서 PCC의 촉매 [6]활성에서 이 잔류물의 중요성을 나타낸다.1979년 페닐글리옥살에 의한 억제는 프로피오닐-CoA 또는 ATP 중 하나의 인산기가 촉매 작용 [7]중 활성 부위의 필수 아르기닌 잔기와 반응하는 것을 결정했다.이후(2004년) 아르기닌-338이 [8]비오틴의 최적의 카르복실화를 위해 카르복시인산 중간체의 배향 역할을 한다는 것이 제안되었다.

ATP, 프로피오닐-CoA, 중탄산염의 KM 값은 각각 0.08mM, 0.29mM, 3.0mM으로 측정되었다.등전점은 pH 5.5입니다. PCC의 구조적 건전성은 -50~37도 온도 범위와 6.2~8.8도 범위에서 유지됩니다.최적 pH는 비오틴 [3]결합 없이 7.2~8.8인 것으로 나타났다.비오틴의 경우 최적 pH는 8.0~8.[9]5이다.

메커니즘

정상적인 촉매 반응 메커니즘은 카르보니온 중간체를 포함하며,[10] 일치된 프로세스를 거치지 않습니다.그림 3은 가능한 경로를 보여줍니다.

그림 3생각할 수 있는 PCC 메커니즘

이 반응은 낮은 프로피오닐-CoA [11]플럭스에서 약간 가역적인 것으로 나타났다.

서브유닛유전자

인간 프로피오닐-CoA 카르복실화효소는 각각 별도의 유전자에 의해 코드되는 두 개의 서브유닛을 포함한다.

프로피오닐코엔자임A카르복실화효소α폴리펩타이드
6ybpa.jpg
프로피오닐CoA카르복실화효소Ahomo6mer, 메틸로루브럼외기
식별자
기호.PCCA
NCBI유전자5095
HGNC8653
옴232000
참조NM_000282
유니프로트P05165
기타 데이터
EC 번호6.4.1.3
궤적13장 32분
프로피오닐코엔자임A카르복실화효소, 베타폴리펩타이드
6ybpb.jpg
프로피오닐-CoA카르복실화효소B호모6머, 메틸루브럼익스토르켄스
식별자
기호.PCCB
NCBI유전자5096
HGNC8654
옴232050
참조NM_000532
유니프로트P05166
기타 데이터
EC 번호6.4.1.3
궤적제3장 Q21-q22

병리학

결핍은 프로피온산혈증과 [12][13][14]관련이 있다.

PCC 활성은 현재까지 테스트된 비오틴 상태의 가장 민감한 지표입니다.향후 임신 연구에서는 림프구 PCC 활성 데이터를 사용하여 비오틴 [15]상태를 평가할 수 있습니다.

유전자내보완

유전자에 의해 코드된 폴리펩타이드의 여러 복사본이 응집체를 형성할 때, 이 단백질 구조를 멀티머라고 한다.특정 유전자의 서로 다른 두 돌연변이 대립 유전자에 의해 생성된 폴리펩타이드로부터 멀티머가 형성될 때, 혼합 멀티머는 각각의 돌연변이만으로 형성되는 비혼합 멀티머보다 더 큰 기능 활성을 보일 수 있다.이 경우 이 현상을 유전자 내 상보라고 한다.

PCC는 αβ66 구조의 α 및 β 서브유닛으로 이루어진 헤테로폴리머이다.α 서브유닛(PCCα) 또는 β 서브유닛(PCCβ)의 PCC 돌연변이는 사람에게 프로피온산혈증을 일으킬 수 있다.PCCβ에 결함이 있는 서로 다른 돌연변이 피부 섬유아세포주가 쌍방향 결합으로 융합되었을 때, 그 결과 형성된 β 헤테로머 단백질은 종종 부모 [16]효소의 활성에 기초하여 예상한 것보다 더 높은 수준의 활성을 보였다.이러한 유전자 내 상보성의 발견은 PCC의 다량체 구조가 보다 기능적인 형태의 홀로엔자임을 생성할 수 있는 구성 PCCβ 단량체 간의 협력적 상호작용을 가능하게 한다는 것을 보여주었다.

규정

프로피오닐-CoA 카르복실화효소

a. 카르바마제핀(항간질제): 간의 효소[17] 수준을 현저하게 낮춘다.

b. 대장균 샤페로닌 단백질 GROES 및 GROEL: 인간 PCC 헤테로머 서브유닛의[18] 접힘 및 조립에 필수적

c. 중탄산염: 네거티브 협동성[8]

d2+. Mg 및 MgATP:2− 알로스테릭 활성화[19]

프로피오닐-CoA 카르복실화효소

a. 6-디옥시에리트로놀라이드 B: PCC 수치 감소로 생산량 증가

b. 췌장 베타 세포의 글루코키나아제: KM을 감소시키고 Vmax를 증가시키는 것으로 나타난 베타 PCC의 전구체; 활성화

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ EC 6.4.1.3
  2. ^ EC 4.1.1.41
  3. ^ a b c Kalousek F, Darigo MD, Rosenberg LE (January 1980). "Isolation and characterization of propionyl-CoA carboxylase from normal human liver. Evidence for a protomeric tetramer of nonidentical subunits". The Journal of Biological Chemistry. 255 (1): 60–65. PMID 6765947.
  4. ^ a b Diacovich L, Mitchell DL, Pham H, Gago G, Melgar MM, Khosla C, et al. (November 2004). "Crystal structure of the beta-subunit of acyl-CoA carboxylase: structure-based engineering of substrate specificity". Biochemistry. 43 (44): 14027–14036. doi:10.1021/bi049065v. PMID 15518551.
  5. ^ a b c Huang CS, Sadre-Bazzaz K, Shen Y, Deng B, Zhou ZH, Tong L (August 2010). "Crystal structure of the alpha(6)beta(6) holoenzyme of propionyl-coenzyme A carboxylase". Nature. 466 (7309): 1001–1005. doi:10.1038/nature09302. PMC 2925307. PMID 20725044.
  6. ^ Arabolaza A, Shillito ME, Lin TW, Diacovich L, Melgar M, Pham H, et al. (August 2010). "Crystal structures and mutational analyses of acyl-CoA carboxylase beta subunit of Streptomyces coelicolor". Biochemistry. 49 (34): 7367–7376. doi:10.1021/bi1005305. PMC 2927733. PMID 20690600.
  7. ^ Wolf B, Kalousek F, Rosenberg LE (1979). "Essential arginine residues in the active sites of propionyl CoA carboxylase and beta-methylcrotonyl CoA carboxylase". Enzyme. 24 (5): 302–306. doi:10.1159/000458679. PMID 510274.
  8. ^ a b Sloane V, Waldrop GL (April 2004). "Kinetic characterization of mutations found in propionic acidemia and methylcrotonylglycinuria: evidence for cooperativity in biotin carboxylase". The Journal of Biological Chemistry. 279 (16): 15772–15778. doi:10.1074/jbc.M311982200. PMID 14960587.
  9. ^ Hsia YE, Scully KJ, Rosenberg LE (June 1979). "Human propionyl CoA carboxylase: some properties of the partially purified enzyme in fibroblasts from controls and patients with propionic acidemia". Pediatric Research. 13 (6): 746–751. doi:10.1203/00006450-197906000-00005. PMID 481943.
  10. ^ Stubbe J, Fish S, Abeles RH (January 1980). "Are carboxylations involving biotin concerted or nonconcerted?". The Journal of Biological Chemistry. 255 (1): 236–242. PMID 7350155.
  11. ^ Reszko AE, Kasumov T, Pierce BA, David F, Hoppel CL, Stanley WC, et al. (September 2003). "Assessing the reversibility of the anaplerotic reactions of the propionyl-CoA pathway in heart and liver". The Journal of Biological Chemistry. 278 (37): 34959–34965. doi:10.1074/jbc.M302013200. PMID 12824185.
  12. ^ Ugarte M, Pérez-Cerdá C, Rodríguez-Pombo P, Desviat LR, Pérez B, Richard E, et al. (1999). "Overview of mutations in the PCCA and PCCB genes causing propionic acidemia". Human Mutation. 14 (4): 275–282. doi:10.1002/(SICI)1098-1004(199910)14:4<275::AID-HUMU1>3.0.CO;2-N. PMID 10502773.
  13. ^ Desviat LR, Pérez B, Pérez-Cerdá C, Rodríguez-Pombo P, Clavero S, Ugarte M (2004). "Propionic acidemia: mutation update and functional and structural effects of the variant alleles". Molecular Genetics and Metabolism. 83 (1–2): 28–37. doi:10.1016/j.ymgme.2004.08.001. PMID 15464417.
  14. ^ Deodato F, Boenzi S, Santorelli FM, Dionisi-Vici C (May 2006). "Methylmalonic and propionic aciduria". American Journal of Medical Genetics. Part C, Seminars in Medical Genetics. 142C (2): 104–112. doi:10.1002/ajmg.c.30090. PMID 16602092. S2CID 21114631.
  15. ^ Stratton SL, Bogusiewicz A, Mock MM, Mock NI, Wells AM, Mock DM (August 2006). "Lymphocyte propionyl-CoA carboxylase and its activation by biotin are sensitive indicators of marginal biotin deficiency in humans". The American Journal of Clinical Nutrition. 84 (2): 384–388. doi:10.1093/ajcn/84.1.384. PMC 1539098. PMID 16895887.
  16. ^ Rodriguez-Pombo P, Pérez-Cerda C, Pérez B, Desviat LR, Santchez-Pulido L, Ugarte M.헤테로머 단백질 프로피오닐-CoA 카르복실화효소의 유전자 내 상보성을 설명하는 모델.바이오침 바이오피스 액타.2005;1740(3):489-498.doi:10.1016/j.bbbadis.2004.10.009
  17. ^ Rathman SC, Eisenschenk S, McMahon RJ (November 2002). "The abundance and function of biotin-dependent enzymes are reduced in rats chronically administered carbamazepine". The Journal of Nutrition. 132 (11): 3405–3410. doi:10.1093/jn/132.11.3405. PMID 12421859.
  18. ^ Kelson TL, Ohura T, Kraus JP (March 1996). "Chaperonin-mediated assembly of wild-type and mutant subunits of human propionyl-CoA carboxylase expressed in Escherichia coli". Human Molecular Genetics. 5 (3): 331–337. doi:10.1093/hmg/5.3.331. PMID 8852656.
  19. ^ McKeon C, Wolf B (1982). "Magnesium and magnesium adenosine triphosphate activation of human propionyl CoA carboxylase and beta-methylcrotonyl CoA carboxylase". Enzyme. 28 (1): 76–81. doi:10.1159/000459088. PMID 6981505.
  20. ^ Zhang H, Boghigian BA, Pfeifer BA (February 2010). "Investigating the role of native propionyl-CoA and methylmalonyl-CoA metabolism on heterologous polyketide production in Escherichia coli". Biotechnology and Bioengineering. 105 (3): 567–573. doi:10.1002/bit.22560. PMID 19806677. S2CID 659042.
  21. ^ Shiraishi A, Yamada Y, Tsuura Y, Fijimoto S, Tsukiyama K, Mukai E, et al. (January 2001). "A novel glucokinase regulator in pancreatic beta cells: precursor of propionyl-CoA carboxylase beta subunit interacts with glucokinase and augments its activity". The Journal of Biological Chemistry. 276 (4): 2325–2328. doi:10.1074/jbc.C000530200. PMID 11085976.

외부 링크