Биотин карбоксильный белок-носитель

Биотинкарбоксилпереносящий белок (BCCP) относится к белкам, содержащим домен прикрепления биотина , которые переносят биотин и карбоксибиотин на протяжении всего АТФ -зависимого карбоксилирования биотин-зависимыми карбоксилазами. Биотинкарбоксилпереносящий белок представляет собой субъединицу ацетил-КоА, которая позволяет катализировать ацетил-КоА и преобразовывать его в малонил-КоА. Более конкретно, BCCP катализирует карбоксилирование белка-носителя с образованием промежуточного продукта. Затем карбоксильная группа переносится транскарбоксилазой с образованием малонил-КоА. ^[1] Это преобразование является важным этапом в биосинтезе жирных кислот. В случае ацетил-КоА-карбоксилазы E. coli BCCP представляет собой отдельный белок, известный как accB ( P0ABD8 ). С другой стороны, в Haloferax mediterranei пропионил -КоА-карбоксилаза , BCCP pccA ( I3R7G3 ), слита с биотинкарбоксилазой .

Биосинтез жирных кислот в растениях, таких как триацилглицерол , жизненно важен для общего здоровья растения, поскольку он позволяет накапливать масло семян. Биосинтез, катализируемый BCCP, обычно происходит в хлоропласте растительных клеток. Биосинтез, осуществляемый белком BCCP, позволяет переносить CO ₂ в пределах активных участков клетки. ^[2]

Белок-носитель карбоксила биотина переносит приблизительно 1 моль биотина на 22 000 г белка. ^[3]

На данный момент не так много исследований BCCP. Однако недавнее исследование геномики растений показало, что BCCP Brassica могут играть ключевую роль в реакциях на абиотический и биотический стресс. ^[4] Это означает, что эти белки могут передавать сообщения остальной части тела растения после того, как оно подверглось воздействию экстремальных условий, которые нарушают гомеостаз растения.

Механизм синтеза малонил-КоА

Синтез малонил-КоА состоит из двух полуреакций. Первая из них — карбоксилирование биотина бикарбонатом, а вторая — перенос группы CO ₂ на ацетил-КоА из карбоксибиотина, что позволяет образовать малонил-КоА. Для успешного протекания этой двухэтапной реакции, наряду с BCCP, необходимы два различных белковых подкомпонента: биотинкарбоксилаза (BC) и карбоксилтрансфераза (CT). BCCP содержит кофактор биотина, ковалентно связанный с остатком лизина. ^[5]

В цитозолях грибов, млекопитающих и растений все три этих компонента (BCCP, BC и CT) существуют на одной полипептидной цепи. Однако большинство исследований этого белка было проведено на форме фермента E. coli , где все три компонента существуют в виде трех отдельных комплексов, а не объединены на одной полипептидной цепи.

E. coli BCCP-87 и субъединица 1.3S P. shermanii TC

Трехмерные структуры двух доменов биотина. Структуры доменов биотина из белка-переносчика карбоксила биотина (BCCP) (слева) ацетил-КоА-карбоксилазы Escherichia coli и (справа) субъединицы 1.3S транскарбоксилазы (TC) Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii.

Первое сообщение о структуре BCCP было сделано биохимиками FK Athappilly и WA Hendrickson в 1995 году. ^[6] Ее можно рассматривать как длинную структуру β-шпильки с четырьмя парами антипараллельных β-нитей, которые оборачиваются вокруг центрального гидрофобного ядра. Мотив биотинилирования Met-Lys-Met расположен на кончике структуры β-шпильки. Вращения вокруг связи CαCβ этого остатка Lys способствуют модели качающегося рычага. Связь с остальной частью фермента на N-конце ядра BCCP расположена на противоположном конце структуры от биотиновой части. Вращения вокруг этой области способствуют модели качающегося домена, и атом N1′ биотина находится на расстоянии ~ 40 Å от этой точки поворота. Это дает диапазон ~ 80 Å для модели качающегося домена, а расстояния между активными сайтами BC–CT, наблюдаемые до сих пор, составляют от 40 до 80 Å. ^[7] Кроме того, линкер перед ядром BCCP в холоферменте также может быть гибким, что обеспечит дополнительную досягаемость для атома биотина N1′. ^[8]

Структуры доменов, принимающих биотин, из E. coli BCCP-87 и субъединицы 1.3S P. shermanii TC были определены как с помощью рентгеновской кристаллографии, так и с помощью ядерного магнитного резонанса. (Athappilly и Hendrickson, 1995; Roberts и др ., 1999; Reddy и др ., 1998). ^[9] Они создали по существу те же структуры, которые структурно связаны с липоильными доменами мультиферментных комплексов дегидрогеназы 2-оксокислот (Brocklehurst и Perham, 1993; Dardel и др ., 1993), которые аналогичным образом подвергаются аналогичной посттрансляционной модификации. Эти домены образуют сплющенную β-бочкообразную структуру, включающую два четырехцепочечных β-слоя с N- и C-концевыми остатками, расположенными близко друг к другу на одном конце структуры. На другом конце молекулы биотинил- или липоил-принимающий лизин находится на сильно открытой, плотной шпильковой петле между β4 и β5 нитями. Структура домена стабилизируется ядром гидрофобных остатков, которые являются важными структурными детерминантами. Консервативные остатки глицина занимают β-повороты, связывая β-нити. ^[10]

Структура домена, принимающего биотин, состоит из BCCP-87, который содержит вставку из семи аминокислот, общую для некоторых прокариотических ацетил-КоА-карбоксилаз, но не присутствующую в других биотиндоменах (Chapman-Smith и Cronan, 1999). Эта область пептида принимает структуру большого пальца между цепями β2 и β3 и, что интересно, образует прямые контакты с биотиновым фрагментом как в кристаллической, так и в растворенной структурах (Athappilly и Hendrickson, 1995; Roberts и др ., 1999). Было высказано предположение, что этот большой палец может функционировать как подвижная крышка для одного или, возможно, обоих активных участков биотинкарбоксилазы или карбоксилтрансферазы в биотин-зависимом ферменте (Cronan, 2001). Функция этой крышки может помочь предотвратить сольватацию активных участков, тем самым способствуя переносу CO ₂ из карбоксибиотина в ацетил-КоА. Во-вторых, большой палец требуется для димеризации BCCP, необходимой для образования активного комплекса ацетил-КоА-карбоксилазы (Cronan, 2001). В заключение, большой палец выполняет функцию ингибирования аберрантного липоилирования целевого лизина липоилпротеинлигазой (Reche and Perham, 1999). Удаление большого пальца путем мутагенеза сделало BCCP-87 благоприятным субстратом для липоилирования, но отменило биотинилирование (Reche and Perham, 1999). Однако структура большого пальца не является высококонсервативной особенностью среди всех доменов биотина. Многие биотинзависимые ферменты не содержат эту вставку, включая все пять ферментов млекопитающих. Однако, похоже, что взаимодействие между биотином и белком может быть консервативной особенностью и важным для катализа, поскольку подобные контакты наблюдались в доменах "thumbleless" из транскарбоксилазы P. shermanii (Jank et al ., 2002) и белке прикрепления биотинила/липоила B. subtilis (Cui et al ., 2006). Значимость этого требует дальнейшего изучения, но возможно, что механизм, используемый ферментами биотина, может включать нековалентные взаимодействия между белком и простетической группой.