Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Propionil-CoA carboxilasa

La propionil-CoA carboxilasa ( EC 6.4.1.3, PCC ) cataliza la reacción de carboxilación de propionil-CoA en la matriz mitocondrial . La PCC se ha clasificado como ligasa [1] y co...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

La propionil-CoA carboxilasa ( EC 6.4.1.3, PCC ) cataliza la reacción de carboxilación de propionil-CoA en la matriz mitocondrial . La PCC se ha clasificado como ligasa [1] y como liasa [2] . La enzima depende de la biotina . El producto de la reacción es (S) -metilmalonil CoA .

ATP + propionil-CoA + HCO 3 − <=> ADP + fosfato + (S)-metilmalonil-CoA

Los animales no pueden utilizar directamente la (S)-metilmalonil-CoA, sino que la racemasa actúa sobre ella y produce la (R)-metilmalonil-CoA, que luego la metilmalonil-CoA mutasa (una de las pocas enzimas metabólicas que requiere vitamina B12 como cofactor) convierte en succinil-CoA . La succinil-CoA, un intermediario del ciclo de Krebs , se metaboliza posteriormente en fumarato , luego malato y luego oxaloacetato . El oxaloacetato puede transportarse al citosol para formar fosfoenol piruvato y otros intermediarios gluconeogénicos. Por lo tanto, el propionil-CoA es un precursor importante de la glucosa .

El propionil-CoA es el producto final del metabolismo de los ácidos grasos de cadena impar, incluidos la mayoría de los ácidos grasos metilados . Los aminoácidos valina , isoleucina y metionina también son sustratos para el metabolismo del propionil-CoA.

Estructura

La propionil-CoA carboxilasa (PCC) es un alfa(6)-beta(6)-dodecámero de 750 kDa. (Sólo aproximadamente 540 kDa son de 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 agujero a lo largo de su eje.

La subunidad alfa del PCC contiene los dominios de la carboxilasa de biotina (BC) y de la proteína transportadora de carboxilo de biotina (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 de la carboxiltransferasa (CT). [4]

Figura 1.(a). Dibujo esquemático de la estructura de la quimera RpPCCα-RdPCCβ, vista a lo largo del eje de simetría triple. Los dominios en las subunidades α y β en la mitad superior de la estructura tienen colores diferentes, y los de las primeras subunidades α y β están etiquetados. Las subunidades α y β en la mitad inferior están coloreadas en magenta y verde, respectivamente. La flecha roja indica la dirección de visualización del panel b. (b). Estructura de la quimera RpPCCα-RdPCCβ, vista a lo largo del eje de simetría doble. El rectángulo rojo indica la región que se muestra en detalle en la Fig. 2a. (c). Reconstrucción crio-EM de HsPCC a una resolución de 15 Å, vista en la misma orientación que el panel a. El modelo atómico de la quimera se ajustó a la envoltura crio-EM. (d). La reconstrucción crio-EM vista en la misma orientación que el panel b. Las flechas indican un cambio en la posición del BCCP que se necesita para ajustar el mapa crio-EM. Todas las figuras de estructura se produjeron con PyMOL (www.pymol.org), y las figuras crio-EM se produjeron con Chimera. [5] Esto proporciona evidencia clara de la interacción dimérica crucial entre las subunidades alfa y beta.

Los sitios BC y CT están separados aproximadamente por 55 Å, lo que indica que todo el dominio BCCP se transloca durante la catálisis de la carboxilación de propionil-CoA . [5] Esto proporciona evidencia clara de una interacción dimérica crucial entre las subunidades alfa y beta.

Figura 2.(a). Dibujo esquemático de la posición relativa de los sitios activos de BC y CT en la holoenzima. Se muestran una subunidad α y un dímero β2 (β1 de una capa y β4 de la otra capa), y la dirección de visualización es la misma que en la Fig. 1b. Los dos sitios activos se indican con estrellas, separados por una distancia de 55 Å. También se muestran las posiciones de unión de ADP en complejo con E. coli BC 18 y la de CoA en complejo con la subunidad 12S de la transcarboxilasa 21. (b). Interacciones detalladas entre BCCP-biotina y el dominio C de una subunidad β. Las interacciones por puentes de hidrógeno se indican con las líneas discontinuas en rojo. El átomo N1′ de biotina está marcado como 1′, unido por puentes de hidrógeno al carbonilo de la cadena principal de Phe397. (c). Superficie molecular del sitio activo de la CT, que muestra un cañón profundo donde se unen ambos sustratos. (d) Dibujo esquemático del sitio activo de la CT. [5]

El bolsillo de unión de biotina del PCC es hidrófobo y está altamente conservado. La biotina y el propionil-CoA se unen perpendicularmente entre sí en el sitio activo que contiene el agujero de oxianión . Se ha determinado que la relación enzima nativa/biotina es de 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 en D422 muestra un cambio en la especificidad del sustrato del sitio de unión del propionil-CoA, lo que indica la importancia de este residuo en la actividad catalítica del PCC. [6] En 1979, la inhibición por fenilglioxal determinó que un grupo fosfato del propionil-CoA o del 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 intermediario carboxifosfato para la carboxilación óptima de la 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 ha demostrado que el pH óptimo está entre 7,2 y 8,8 sin biotina unida. [3] Con biotina, el pH óptimo es de 8,0 a 8,5. [9]

Mecanismo

El mecanismo de reacción catalítica normal implica un carbanión intermedio y no procede a través de un proceso concertado. [10] La Figura 3 muestra una vía probable.

Figura 3. Mecanismo probable del PCC

Se ha demostrado que la reacción es ligeramente reversible con un flujo bajo de propionil-CoA. [11]

Genes de subunidades

La propionil-CoA carboxilasa humana contiene dos subunidades, cada una codificada por un gen separado:

Patología

Una deficiencia está asociada con acidemia propiónica . [12] [13] [14]

La actividad de PCC es el indicador más sensible del estado de biotina estudiado hasta la fecha. En futuros estudios sobre el embarazo, el uso de datos de la actividad de PCC en linfocitos debería resultar valioso para evaluar el estado de biotina. [15]

Complementación intragénica

Cuando varias copias de un polipéptido codificado por un gen forman un agregado, esta estructura proteica se denomina multímero. Cuando un multímero se forma a partir de polipéptidos producidos por dos alelos mutantes diferentes de un gen en particular, el multímero mixto puede exhibir una mayor actividad funcional que los multímeros no mezclados formados por cada uno de los mutantes por separado. 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 el PCC, ya sea en la subunidad α (PCCα) o en la subunidad β (PCCβ), pueden causar acidemia propiónica en humanos. Cuando se fusionaron diferentes líneas celulares de fibroblastos cutáneos mutantes defectuosos en PCCβ en combinaciones por pares, la proteína heteromultimérica β formada como resultado a menudo exhibió un nivel de actividad más alto del que se esperaría en función de las actividades de las enzimas parentales. [16] Este hallazgo de complementación intragénica indicó que la estructura multimérica del PCC permite interacciones cooperativas entre los monómeros constituyentes del PCCβ que pueden generar una forma más funcional de la holoenzima.

Regulación

De la propionil-CoA carboxilasa

a. 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 plegamiento y ensamblaje de subunidades heteroméricas del PCC humano [18]

c. Bicarbonato: cooperatividad negativa [8]

d. Mg 2+ y MgATP 2− : activación alostérica [19]

Por la propionil-CoA carboxilasa

a. 6-Desoxieritronolida B: la disminución de los niveles de PCC conduce a un aumento de la producción [20]

b. Glucoquinasa en las células beta pancreáticas: precursora de la beta-PCC que reduce la KM y aumenta la Vmax; activación [21]

Véase también

Referencias

  1. ^ CE 6.4.1.3
  2. ^ CE 4.1.1.41
  3. ^ abc Kalousek F, Darigo MD, Rosenberg LE (enero de 1980). "Aislamiento y caracterización de la propionil-CoA carboxilasa del hígado humano normal. Evidencia de un tetrámero protomérico de subunidades no idénticas". The Journal of Biological Chemistry . 255 (1): 60–65. doi : 10.1016/S0021-9258(19)86263-4 . PMID  6765947.
  4. ^ ab Diacovich L, Mitchell DL, Pham H, Gago G, Melgar MM, Khosla C, et al. (noviembre de 2004). "Estructura cristalina de la subunidad beta 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.
  5. ^ abc Huang CS, Sadre-Bazzaz K, Shen Y, Deng B, Zhou ZH, Tong L (agosto de 2010). "Estructura cristalina de la holoenzima alfa(6)beta(6) de la propionil-coenzima A carboxilasa". 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. (agosto de 2010). "Estructuras cristalinas y análisis mutacionales de la subunidad beta de la acil-CoA carboxilasa de Streptomyces coelicolor". Bioquímica . 49 (34): 7367–7376. doi :10.1021/bi1005305. PMC 2927733 . PMID  20690600. 
  7. ^ Wolf B, Kalousek F, Rosenberg LE (1979). "Residuos esenciales de arginina en los sitios activos de la propionil CoA carboxilasa y la beta-metilcrotonil CoA carboxilasa". Enzima . 24 (5): 302–306. doi :10.1159/000458679. PMID  510274.
  8. ^ ab Sloane V, Waldrop GL (abril de 2004). "Caracterización cinética de las mutaciones encontradas en la acidemia propiónica y la metilcrotonilglicinuria: evidencia de cooperatividad en la carboxilasa de biotina". The Journal of Biological Chemistry . 279 (16): 15772–15778. doi : 10.1074/jbc.M311982200 . PMID  14960587.
  9. ^ Hsia YE, Scully KJ, Rosenberg LE (junio de 1979). "Propionil CoA carboxilasa humana: algunas propiedades de la enzima parcialmente purificada en fibroblastos de controles y pacientes con acidemia propiónica". Pediatric Research . 13 (6): 746–751. doi : 10.1203/00006450-197906000-00005 . PMID  481943.
  10. ^ Stubbe J, Fish S, Abeles RH (enero de 1980). "¿Las carboxilaciones que involucran biotina son concertadas o no concertadas?". The Journal of Biological Chemistry . 255 (1): 236–242. doi : 10.1016/S0021-9258(19)86289-0 . PMID  7350155.
  11. ^ Reszko AE, Kasumov T, Pierce BA, David F, Hoppel CL, Stanley WC, et al. (septiembre de 2003). "Evaluación de la reversibilidad de las reacciones anapleróticas de la vía propionil-CoA en el corazón y el hígado". 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). "Descripción general de las mutaciones en los genes PCCA y PCCB que causan acidemia propiónica". Mutación humana . 14 (4): 275–282. doi :10.1002/(SICI)1098-1004(199910)14:4<275::AID-HUMU1>3.0.CO;2-N. PMID  10502773. S2CID  37710112.
  13. ^ Desviat LR, Pérez B, Pérez-Cerdá C, Rodríguez-Pombo P, Clavero S, Ugarte M (2004). "Acidemia propiónica: actualización de mutaciones y efectos funcionales y estructurales de los alelos variantes". Genética molecular y metabolismo . 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 (mayo de 2006). "Aciduria metilmalónica y propiónica". American Journal of Medical Genetics. Parte C, Seminarios en genética médica . 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 (agosto de 2006). "La propionil-CoA carboxilasa de linfocitos y su activación por biotina son indicadores sensibles de deficiencia marginal de biotina en humanos". The American Journal of Clinical Nutrition . 84 (2): 384–388. doi :10.1093/ajcn/84.1.384. PMC 1539098 . PMID  16895887. 
  16. ^ Rodríguez-Pombo P, Pérez-Cerdá C, Pérez B, Desviat LR, Sánchez-Pulido L, Ugarte M. Hacia un modelo para explicar la complementación intragénica en la proteína heteromultimérica propionil-CoA carboxilasa. Biochim Biophys Acta. 2005;1740(3):489-498. doi:10.1016/j.bbadis.2004.10.009
  17. ^ Rathman SC, Eisenschenk S, McMahon RJ (noviembre de 2002). "La abundancia y la función de las enzimas dependientes de la biotina se reducen en ratas a las que se les administra carbamazepina de forma crónica". The Journal of Nutrition . 132 (11): 3405–3410. doi : 10.1093/jn/132.11.3405 . PMID  12421859.
  18. ^ Kelson TL, Ohura T, Kraus JP (marzo de 1996). "Ensamblaje mediado por chaperonina de subunidades de tipo salvaje y mutantes de la carboxilasa de propionil-CoA humana expresada en Escherichia coli". Genética molecular humana . 5 (3): 331–337. doi : 10.1093/hmg/5.3.331 . PMID  8852656.
  19. ^ McKeon C, Wolf B (1982). "Activación de la propionil CoA carboxilasa humana y la beta-metilcrotonil CoA carboxilasa mediante magnesio y adenosina trifosfato de magnesio". Enzima . 28 (1): 76–81. doi :10.1159/000459088. PMID  6981505.
  20. ^ Zhang H, Boghigian BA, Pfeifer BA (febrero de 2010). "Investigación del papel del metabolismo nativo de propionil-CoA y metilmalonil-CoA en la producción de policétidos heterólogos en Escherichia coli". Biotecnología y bioingeniería . 105 (3): 567–573. doi :10.1002/bit.22560. PMC 9896014 . PMID  19806677. S2CID  659042. 
  21. ^ Shiraishi A, Yamada Y, Tsuura Y, Fijimoto S, Tsukiyama K, Mukai E, et al. (enero de 2001). "Un nuevo regulador de la glucoquinasa en las células beta pancreáticas: el precursor de la subunidad beta de la propionil-CoA carboxilasa interactúa con la glucoquinasa y aumenta su actividad". The Journal of Biological Chemistry . 276 (4): 2325–2328. doi : 10.1074/jbc.C000530200 . PMID  11085976.
Obtenido de "https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Propionil-CoA_carboxilasa&oldid=1242976509"