PCCA

Šablon:Infokutija gen Šablon:Infokutija protein Šablon:Infokutija enzim Propionil-CoA karboksilaza (PCC) je enzim koji katalizira karboksilacijsku reakciju propionil CoA u mitohondrijskoj matrici. Enzim je ovisan o biotinu. Produkt reakcije je (S)-metilmalonil CoA. Propionil CoA je krajnji proizvod metabolizma masnih kiselina s neparnim lancem, a također je i metabolit većine razgranatih masnih kiselina s metilom. Takođe je glavni metabolit valina, a zajedno sa acetil-CoA je metabolit izoleucina, kao i metioninski metabolit. Propionil-CoA je stoga od velike važnosti kao prekursor glukoze. Životinjski (S)-metilmalonil-CoA se ne mogu direktno koristiti; na njega djeluje racemaza dajući (R)-metilmalonil-CoA. Potonji se pretvara metilmalonil-CoA mutazom (jednim od rijetkih enzima ovisnih o vitaminu B12 12 ) dajući sukcinil-CoA. Zatimse pretvara u oksaloacetat, pa u malat u Krebsovom ciklusu. Eksport malata u citosol dovodi do stvaranja oksaloacetata, fosfoenol-piruvata i drugih glukoneogenih intermedijera.

ATP + propionil-CoA + HCO₃⁻ $\rightleftarrows$ ADP + fosfat + (S)-metilmalonil-CoA

Oba su klasificirana kao ligaze i lijaze.

Struktura enzima

Aminokiselinska sekvenca

Dužina polipeptidnog lanca je 728 aminokiselina, a molekulska težina 80.059 Da.

10		20		30		40		50
MAGFWVGTAP		LVAAGRRGRW		PPQQLMLSAA		LRTLKHVLYY		SRQCLMVSRN
LGSVGYDPNE		KTFDKILVAN		RGEIACRVIR		TCKKMGIKTV		AIHSDVDASS
VHVKMADEAV		CVGPAPTSKS		YLNMDAIMEA		IKKTRAQAVH		PGYGFLSENK
EFARCLAAED		VVFIGPDTHA		IQAMGDKIES		KLLAKKAEVN		TIPGFDGVVK
DAEEAVRIAR		EIGYPVMIKA		SAGGGGKGMR		IAWDDEETRD		GFRLSSQEAA
SSFGDDRLLI		EKFIDNPRHI		EIQVLGDKHG		NALWLNEREC		SIQRRNQKVV
EEAPSIFLDA		ETRRAMGEQA		VALARAVKYS		SAGTVEFLVD		SKKNFYFLEM
NTRLQVEHPV		TECITGLDLV		QEMIRVAKGY		PLRHKQADIR		INGWAVECRV
YAEDPYKSFG		LPSIGRLSQY		QEPLHLPGVR		VDSGIQPGSD		ISIYYDPMIS
KLITYGSDRT		EALKRMADAL		DNYVIRGVTH		NIALLREVII		NSRFVKGDIS
TKFLSDVYPD		GFKGHMLTKS		EKNQLLAIAS		SLFVAFQLRA		QHFQENSRMP
VIKPDIANWE		LSVKLHDKVH		TVVASNNGSV		FSVEVDGSKL		NVTSTWNLAS
PLLSVSVDGT		QRTVQCLSRE		AGGNMSIQFL		GTVYKVNILT		RLAAELNKFM
LEKVTEDTSS		VLRSPMPGVV		VAVSVKPGDA		VAEGQEICVI		EAMKMQNSMT
AGKTGTVKSV		HCQAGDTVGE		GDLLVELE

Simboli

Šablon:Refbegin C: Cistein
D: Asparaginska kiselina
E: Glutaminska kiselina
F: Fenilalanin
G: Glicin
H: Histidin
I: Izoleucin
K: Lizin
L: Leucin
M: Metionin
N: Asparagin
P: Prolin
Q: Glutamin
R: Arginin
S: Serin
T: Treonin
V: Valin
W: Triptofan
Y: Tirozin Šablon:Refend

Opis

Propionil-CoA karboksilaza (PCC) je 750 kDa alfa (6) -beta (6)-dodekamer. (Samo približno 540 kDa je nativni enzim.) Alfa podjedinice su raspoređene kao monomeri u centralnob beta-6 heksamernom jezgru. Spomenuto jezgro orijentirano je kao kratki cilindar s rupom duž svoje osi.

Alfa podjedinica PCC-a sadrži domene biotin-karboksilaza (BC) i biotinskog karboksilnog nosača proteina (BCCP). Domen poznat kao BT domen također se nalazi na alfa podjedinici i bitan je za interakcije sa beta podjedinicom. Lanac-8 antiparalelnog beta-bačvastog nabora ovog domena posebno je zanimljiv. Beta podjedinica ima aktivnost karboksiltransferaze (CT).

a. Struktura himere RpPCCα-RdPCCβ, gledano niz osu trostruke simetrije. Domene u α i β podjedinicama u gornjoj polovini strukture imaju različite boje, a one u prvim α i β podjedinicama su označene. Podjedinice α i β u donjoj polovini obojene su u magenta i zeleno. Crvena strelica označava smjer gledanja ploče b.
(b). Struktura himere RpPCCα-RdPCCβ, gledano niz osu dvostruke simetrije. Crveni pravougao označava područje detaljno prikazano na slici 2a.
(c). Krio-EM rekonstrukcija HsPCC u rezoluciji 15 Å, gledano u istoj orijentaciji kao i ploča a. Atomski model himere uklopljen je u omotač krio-EM.
(d). Krio-EM rekonstrukcija gledana u istoj orijentaciji kao panel b. Strelice označavaju promjenu položaja BCCP-a koja je potrebna da se uklopi u krio-EM mapu. Sve strukturne figure proizvedene su s PyMOL-om (www.pymol.org), a krio-EM slike Chimerom. Šablon:Clear BC i CT mjesta udaljena su približno 55 Å, što ukazuje na to da se cijeli domen BCCP translocira tokom katalize karboksilacija propionil-CoA. Ovo daje jasne dokaze o ključnoj dimernosti interakcija između alfa i beta podjedinica.

(a). Relativno pozicioniranje BC i CT aktivnih mjesta u holoenzimu. Prikazani su jedna α podjedinica i β2 dimer (β1 iz jednog sloja i β4 iz drugog sloja), a smjer gledanja je isti kao na slici 1b. Dva aktivna mjesta označena su zvijezdjcama, odvojenim udaljenošću od 55 Å. Prikazani su i vezani položaji ADP-a u kompleksu sa E. coli BC 18 i položaja CoA u kompleksu sa 12S podjedinicom transkarboksilaze 21.
(b). Detalji interakcije između BCCP-biotina i C domena β podjedinice. Interakcije vezivanja vodika označene su isprekidanim crvenim linijama. N1′ atom biotina označen je kao 1′, vodikom vezan za karbonil glavnog lanca Phe397.
(c). Molekulska površina CT aktivnog mjesta, prikazuje duboki usjek, gdje su vezane obje podloge.
(d). Shema CT aktivne lokacije.

Šablon:Clear Džep PCC-a za vezivanje biotina je hidrofoban i visoko konzerviran. Biotin i propionil-CoA vezuju se okomito jedan na drugi u oksijanionskom udubini, koja sadrži aktivno mjesto. Utvrđeno je da je omjer nativnog enzima i biotina jedan mol nativni enzim na četiri mola biotina. Smatra se da je N1 biotina baza aktivnog mjesta.

Mutageneza usmjerena na lokus na D422 pokazuje promjenu specifičnosti supstrata za mjesto vezivanja propionil-CoA, što ukazuje na značaj ovog ostatka u katalitskoj aktivnosti PCC-a. U 1979., inhibicijom fenilglioksala utvrđeno je da fosfatna grupa iz propionil-CoA ili ATP reagira esencijalnim ostatkom arginina na aktivnom mjestu tokom katalize. Kasnije (2004.) predloženo je da arginin-338 služi za orijentaciju karboksifosfatnog intermedijara za optimalnu karboksilaciju biotina.

KM utvrdila je da su vrijednosti ATP, propionil-CoA i bikarbonata 0,08 mM, odnosno 0,29 mM i 3,0 mM. Izoelektrična tačka pada na pH 5,5. Strukturni integritet PCC -a očuvan je u temperaturnom rasponu od –50 do 37 stepeni Celzijusa i rasponu pH od 6,2 do 8,8. Pokazalo se da je optimalni pH između 7,2 i 8,8 bez vezanog biotina, Sa biotinom, optimalni pH je 8,0-8,5.

Enzimski mehanizam

Uobičajeni mehanizam katalitske reakcije uključuje karbanionski međuproizvod i ne prolazi kroz usklađen proces. Slijedeća slika prikazuje vjerovatni put.

Vjerovatni mehanizam PCC

Pokazalo se da je reakcija blago reverzibilna, pri niskom protoku propionil-CoA.

Izozimi

Ljudi eksprimiraju sljedeće dvije propionil-CoA karboksilaznih izoenzima:

Šablon:Infokutija protein

Šablon:Infokutija protein

Patologija

Nedostatak je povezan s propionskom acidemijom.

Aktivnost PCC je najosjetljiviji pokazatelj statusa biotina koji je do sada testiran. U budućim studijama trudnoće upotreba podataka o aktivnosti PCC-a limfocita trebala bi se pokazati vrijednom za procjenu statusa biotina.

Unutargenska komplementacija

Kada više kopija polipeptida kodiranog genom tvori agregat, ova proteinska struktura naziva se multimer. Kada se multimer formira od polipeptida koje proizvode dva različita mutantna alela određenog gena, mješoviti multimer može pokazati veću funkcionalnu aktivnost od nepomiješanih multimera koje tvori svaki od mutanata. U tom slučaju, fenomen se naziva intragenska komplementacija.

PCC je heteropolimer, sastavljen od α i β podjedinica u strukturi α₆β₆. Mutacija u PCC -u, bilo u α (PCCα) ili β podjedinici (PCCβ) može uzrokovati propionsku acidemiju kod ljudi. Kada su različite ćelijske linije kožnih fibroblasta s kožnomdefektnom PCCβ spojene u parovima, β heteromultimerni protein, nastao kao njena posljedica često je pokazivao viši nivo aktivnosti nego što bi se očekivalo na osnovu aktivnosti roditeljskih enzima. Ovaj nalaz intragenske komplementacije) pokazao je da multimerna struktura PCC-a omogućava kooperativne interakcije između sastavnih monomera PCCβ koji mogu generirati funkcionalniji oblik holoenzima.

Regulacija

Propionil-CoA karboksilazom

a. Karbamazepin (antiepileptik): značajno snižava nivo enzima u jetri

b. E. coli šaperoninski proteini groES i groEL: neophodni za presavijanje i sastavljanje ljudskih PCC heteromerijskih podjedinica

c. Bikarbonat: negativna kooperativnost

d. Mg²⁺ i MgATP²⁻: alosterna aktivacija

Propionyl-CoA karboksilazom

a. 6-deokseritronolid B: smanjenje nivoa PCC-a dovodi do povećane proizvodnje

b. Glukokinaza u beta ćelijama pankreasa: prekursor beta-PCC pokazao je smanjenje KM i povećanje Vmax; aktivacija

Također pogledajte

• Anaplerotske reakcije
• Propionska kiselina

Vanjski linkovi

• Šablon:MeshName