Propionil-CoA karboksilaza jest enzim koji je kod ljudi kodiran genom PCC Katalizira reakcije karboksilacija propionil CoA u mitohondrijskom matriksu. Enzim je biotin-zavisan. Produkt reakcije je (S)-metilmalonil CoA. Propionyl CoA je krajnji proizvod metabolizma neparnih masnih kiselina, a također je i metabolit većine metil-razgranatih masnih kiselina. Također 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. (S)-Metilmalonil-CoA se ne može direktno koristiti kod životinja; na njega djeluje racemaza, dajući (R)-metilmalonil-CoA. Potonji se pretvara pomoću metilmalonil-CoA mutaze (jedan od rijetkih enzima zavisnih od vitamina B12) da se dobije sukcinil-CoA. Ovaj se pretvara u oksaloacetat, a zatim malat u Krebsovom ciklusu. Eksport malata u citosol dovodi do stvaranja oksaloacetata, fosfoenol piruvataa i drugih glukoneogenih intermedijera.
ATP + propionil-CoA + HCO3− <=> ADP + fosfat + (S)-metilmalonil-CoA
Klasificiran je i u ligaze i u lijaze.
Struktura enzima Propionil-CoA karboksilaza (PCC) je alfa(6)-beta(6)-dodekamer od 750 kDa. (Samo oko 540 kDa je prirodni enzim). ) Alfa podjedinice raspoređene su kao monomeri, ukrašavajući centralno beta-6 heksamerno jezgro. Navedeno jezgro je orijentirano kao kratak cilindar sa rupom duž svoje ose.
Alfa podjedinica PCC sadrži domene biotin-karboksilaze (BC) i biotinskog karboksilnog proteina nosača (BCCP). Domen poznat kao BT-domen se također nalazi na alfa podjedinici i od suštinskog je značaja za interakciju s beta podjedinicom. Osmolančani antiparalelni beta barelni nabor ovog domena je posebno zanimljiv. Beta podjedinica sadrži aktivnost karboksiltransferaze (CT).. thumb|Slika 1: (a) Struktura RpPCCα-RdPCCβ himere, gledano niz trostruku os simetrije. Domeni u α i β podjedinicama u gornjoj polovini strukture imaju različite boje, a one u prvoj α i β podjedinicama su označene. α i β podjedinice u donjoj polovini su obojene u magenta, odnosno zeleno. Crvena strelica pokazuje smjer gledanja panela b. (b). Struktura RpPCCα-RdPCCβ himere, gledano niz dvostruku osu simetrije. Crveni pravougaonik označava region detaljno prikazan na slici 2a. (c). Krio-EM rekonstrukcija HsPCC u rezoluciji 15 Å, gledano u istoj orijentaciji kao panel a. Atomski model himere uklopljen je u krio-EM omotač. (d). Krio-EM rekonstrukcija posmatrana u istoj orijentaciji kao panel b. Strelice pokazuju promjenu u BCCP poziciji koja je potrebna da se uklopi u mapu krio-EM. Sve figure strukture proizvedene su pomoću PyMOL-a (www.pymol.org), a krio-EM figure su proizvedene pomoću Chimera. Ovo pruža jasne dokaze o ključnoj dimernoj interakciji između alfa i beta podjedinica.
BC i CT lokacije su udaljene otprilike 55 Å, što ukazuje na translociranje cijelog BCCP domena tokom katalize karboksilacija propionil-CoA. Ovo pruža jasan dokaz krucijalnosti interakcija dimera između alfa i beta podjedinica.
Džep PCC koji vezuje biotin je hidrofoban i visoko konzerviran. Biotin i propionil-CoA se vezuju okomito u aktivnom mjestu koje sadrži oksianionsku rupu. Utvrđeno je da je odnos prirodnog enzima i biotina jedan mol nativnog enzima prema 4 mola biotina. Smatra se da je N1 biotina baza aktivnog mjesta.
Mjesno-usmjerena mutageneza na D422 pokazuje promjenu u specifičnosti supstrata na vezivnom mjestu propionil-CoA, što ukazuje na važnost ovog ostatka u katalitskoj aktivnosti PCC-a. U 1979., inhibicijom fenilglioksalom utvrđeno je da fosfatna grupa iz propionil-CoA ili ATP-a reagira s esencijalnim ostatkom arginina na aktivnom mjestu tokom katalize. Kasnije (2004.) sugerirano je da arginin-338 služi za orijentaciju karboksifosfatnog intermedijera za optimalnu karboksilaciju biotina.
KM vrijednosti za ATP, propionil-CoA i bikarbonat su 0,08 mM, 0,29 mM i 3,0 mM. izoelektrična tačka pada na pH 5,5. Strukturni integritet PCC-a održava se u temperaturnom opsegu od –50 do 37 stepeni Celzijusa i pH opsegu od 6,2 do 8,8. Pokazalo se da je optimalni pH između 7,2 i 8,8 bez vezivanja za biotin. S biotinom, optimalni pH je 8,0-8,5.
Enzimski mehanizam
Normalni mehanizam katalitske reakcije uključuje karbanionski intermedijer i ne prolazi kroz usklađen proces. Figure 3 shows a probable pathway.
thumb|Slika 3: Vjerovatni mehanizam PCC
Pokazalo se da je reakcija malo reverzibilna pri niskom fluksu propionil-CoA.
Isozimi Ljudi eksprimiraju sljedeća dva propionil-CoA karboksilazna izozima:
Klinički značaj Nedostatak PPC povezan je sa propionskom acidemijom.
Aktivnost PCC-a je najosjetljiviji pokazatelj statusa biotina koji je testiran do sada. U budućim studijama o trudnoći, upotreba podataka o PCC aktivnosti limfocita bi se trebala pokazati vrijednim u procjeni statusa biotina.
Intragenska komplementacija
Kada više kopija polipeptida kodiranog genom formiraju agregat, ova struktura proteina naziva se multimer. Kada se multimer formira od polipeptida proizvedenih od dva različita mutantna alela određenog gena, miješani multimer može pokazati veću funkcionalnu aktivnost od nepomiješanih multimera formiranih svakim od mutanata posebno. U takvom slučaju, fenomen se naziva intragenska komplementacija.
PCC je heteropolimer sastavljen od α i β podjedinica u strukturi α6β6. Mutacije u PCC, bilo u α podjedinici (PCCα) ili β podjedinici (PCCβ) mogu uzrokovati propionsku acidemiju kod ljudi. Kada su različite ćelijske linije kožnih fibroblasta defektne u PCCβ spojene u parovima, β heteromultimerni protein formiran kao rezultat često je pokazivao viši nivo aktivnosti nego što bi se očekivalo na osnovu aktivnosti roditeljskih enzima.Rodríguez-Pombo P, Pérez-Cerdá C, Pérez B, Desviat LR, Sánchez-Pulido L, Ugarte M. Towards a model to explain the intragenic complementation in the heteromultimeric protein propionyl-CoA carboxylase. Biochim Biophys Acta. 2005;1740(3):489-498. doi:10.1016/j.bbadis.2004.10.009 Ovaj nalaz intagene komplementacije ukazuje da multimerna struktura PCC dozvoljava kooperativne interakcije između konstitutivnih PCCβ monomera koji mogu generirati funkcionalniji oblik holoenzima.
Regulacija
Propionil-CoA karboksilaze a. Karbamazepin (antiepileptik): značajno snižava nivoe enzima u jetri.
b. šaperoninski proteini E. coli groES i groEL: neophodni za savijanje i sastavljanje ljudskih PCC heteromernih podjedinica
c. Bikarbonat: negativna kooperativnost
d. Mg2+ i MgATP2−: alosterna aktivacija
Pomoću propionil-CoA karboksilaze a. 6-deoksieritronolid B: smanjenje nivoa PCC dovodi do povećane proizvodnje
b. Glukokinaza u beta ćelijama pankreasa: pokazalo se da prekursor beta-PCC smanjuje KM i povećava Vmax; aktivacija
Također pogledajte Anaplerotske reakcije Propionska acidemija
Reference
Vanjski linkovi
Kategorija:EC 6.4.1 Kategorija:Geni na hromosomu 3 Kategorija:Enzimi Kategorija:Ljudski proteini Kategorija:Proteomika