Биотинсинтаза
Фермент
Биотинсинтаза
Кристаллическая структура биотинсинтазы
Идентификаторы
Номер ЕС2.8.1.6
Номер CAS80146-93-6
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Биотинсинтаза (BioB) ( EC 2.8.1.6) — это фермент , катализирующий превращение дезиобиотина (DTB) в биотин; это конечный этап в пути биосинтеза биотина . Биотин , также известный как витамин B7, является кофактором, используемым в реакциях карбоксилирования , декарбоксилирования и транскарбоксилирования во многих организмах, включая человека. [1] Биотинсинтаза — это зависимый от S-аденозилметионина (SAM) фермент, который использует радикальный механизм для тиолирования дезиобиотина, таким образом превращая его в биотин.

Этот радикальный фермент SAM принадлежит к семейству трансфераз , а именно сульфотрансфераз, которые переносят серосодержащие группы. Систематическое название этого класса ферментов — dethiobiotin:sulfur sulfurtransferase . Этот фермент участвует в метаболизме биотина . Он использует один кофактор , железо-серу .

Структура

Показан активный центр биотинсинтазы с кластерами [2Fe-2S] и [4Fe-4S] вместе с дезиобиотином (фиолетовый) и S-аденозилметионином (красный)

В 2004 году кристаллическая структура биотинсинтазы в комплексе с SAM и дезиобиотином была определена с разрешением 3,4 ангстрема. [2] Код доступа PDB для этой структуры - 1R30. Белок является гомодимером , то есть он состоит из двух идентичных аминокислотных цепей , которые складываются вместе, образуя биотинсинтазу. Каждый мономер в структуре, показанной на рисунке, содержит ствол TIM с кластером [4Fe-4S] 2+ , SAM и кластером [2Fe-2S] 2+ .

Кластер [4Fe-4S] 2+ используется в качестве каталитического кофактора , напрямую координируясь с SAM. Наблюдалось перекрытие орбиталей между SAM и уникальным атомом Fe на кластере [4Fe-4S] 2+ . [3] Предсказанная роль кофактора [4Fe-4S] 2+ заключается в переносе электрона на SAM через механизм внутренней сферы, заставляя его перейти в нестабильное высокоэнергетическое состояние, что в конечном итоге приводит к образованию радикала 5'дезоксиаденозила . [4]

Кластер [2Fe-2S] 2+ , как полагают, является источником серы, из которой тиолируется DTB. Изотопная маркировка [5] и спектроскопические исследования [6] показывают, что разрушение кластера [2Fe-2S] 2+ сопровождает оборот BioB, указывая на то, что, скорее всего, сера из [2Fe-2S] 2+ включается в DTB для образования биотина.

Механизм

На рисунке представлен подробный предлагаемый механизм действия биотинсинтазы.

Реакцию, катализируемую биотинсинтазой, можно обобщить следующим образом:

дезиобиотин + сера + 2 S-аденозил-L-метионин биотин + 2 L-метионин + 2 5'-дезоксиаденозин ⇌ {\displaystyle \rightleftharpoons}

Предложенный механизм биотинсинтазы начинается с переноса электронов во внутреннюю сферу с серы на SAM, восстанавливая кластер [4Fe-4S] 2+ . Это приводит к спонтанному разрыву связи CS , в результате чего образуется радикал 5'-дезоксиаденозила (5'-dA). [7] Этот углеродный радикал отрывает водород от дезиобиотина, образуя радикал углерода дезиобиотинила C9, который немедленно гасится путем связывания с атомом серы на [2Fe-2S] 2+ . Это восстанавливает один из атомов железа от Fe III до Fe II . В этот момент 5'-дезоксиаденозил и метионин, образованные ранее, обмениваются на второй эквивалент SAM. Восстановительное расщепление генерирует еще один радикал 5'-дезоксиаденозила, который отрывает водород от C6 дезиобиотина. Этот радикал атакует серу, присоединенную к C9, и образует тиофановое кольцо биотина, оставляя после себя нестабильный диферроидный кластер, который, вероятно, диссоциирует. [8] [9]

Использование неорганического источника серы довольно необычно для биосинтетических реакций с участием серы. Однако дезиобиотин содержит неполярные , неактивированные атомы углерода в местах желаемого образования связи CS. Образование радикала 5'-dA позволяет отщеплять водород от неактивированных углеродов на DTB, оставляя активированные радикалы углерода, готовые к функционализации. По своей природе радикальная химия допускает цепные реакции, поскольку радикалы легко гасятся через образование связи CH, что приводит к образованию другого радикала на атоме, из которого произошел водород. Мы можем рассмотреть возможность использования свободного сульфида, алкантиола или алканперсульфида в качестве донора серы для DTB. При физиологическом pH все они будут протонированы, и радикал углерода, вероятно, будет гаситься переносом атома водорода, а не образованием связи CS. [10]

Отношение к людям

Биотинсинтаза не обнаружена у людей . Поскольку биотин является важным кофактором для многих ферментов, люди должны потреблять биотин через свой рацион из микробных и растительных источников. [11] Однако было показано, что микробиом кишечника человека содержит Escherichia coli , которые содержат биотинсинтазу, [12] обеспечивая еще один источник биотина для каталитического использования. Количество E. coli , которые производят биотин, значительно выше у взрослых, чем у младенцев, что указывает на то, что микробиом кишечника и стадию развития следует принимать во внимание при оценке потребностей человека в питании. [13]

Ссылки

  1. ^ Roth KS (сентябрь 1981 г.). «Биотин в клинической медицине — обзор». Американский журнал клинического питания . 34 (9): 1967–74. doi :10.1093/ajcn/34.9.1967. PMID  6116428.
  2. ^ Berkovitch F, Nicolet Y, Wan JT, Jarrett JT, Drennan CL (январь 2004 г.). «Кристаллическая структура биотинсинтазы, радикального фермента, зависящего от S-аденозилметионина». Science . 303 (5654): 76–9. Bibcode :2004Sci...303...76B. doi :10.1126/science.1088493. PMC 1456065 . PMID  14704425. 
  3. ^ Cosper MM, Jameson GN, Davydov R, Eidsness MK, Hoffman BM, Huynh BH, Johnson MK (ноябрь 2002 г.). «Кластер [4Fe-4S](2+) в реконструированной биотинсинтазе связывает S-аденозил-L-метионин». Журнал Американского химического общества . 124 (47): 14006–7. doi :10.1021/ja0283044. PMID  12440894.
  4. ^ Ollagnier-de Choudens S, Sanakis Y, Hewitson KS, Roach P, Münck E, Fontecave M (апрель 2002 г.). «Восстановительное расщепление S-аденозилметионина биотинсинтазой из Escherichia coli». Журнал биологической химии . 277 (16): 13449–54. doi : 10.1074/jbc.M111324200 . PMID  11834738.
  5. ^ Bui BT, Florentin D, Fournier F, Ploux O, Méjean A, Marquet A (ноябрь 1998 г.). «Механизм синтазы биотина: о происхождении серы». FEBS Letters . 440 (1–2): 226–30. doi :10.1016/S0014-5793(98)01464-1. PMID  9862460. S2CID  33771553.
  6. ^ Ugulava NB, Sacanell CJ, Jarrett JT (июль 2001 г.). «Спектроскопические изменения во время одного оборота биотинсинтазы: разрушение кластера [2Fe-2S] сопровождает вставку серы». Биохимия . 40 (28): 8352–8. doi :10.1021/bi010463x. PMC 1489075. PMID  11444982 . 
  7. ^ Wang SC, Frey PA (март 2007). «S-аденозилметионин как окислитель: радикальное суперсемейство SAM». Trends in Biochemical Sciences . 32 (3): 101–10. doi :10.1016/j.tibs.2007.01.002. PMID  17291766.
  8. ^ Lotierzo M, Tse Sum Bui B, Florentin D, Escalettes F, Marquet A (август 2005 г.). «Механизм биотинсинтазы: обзор». Biochemical Society Transactions . 33 (Pt 4): 820–3. doi :10.1042/BST0330820. PMID  16042606.
  9. ^ Jameson GN, Cosper MM, Hernández HL, Johnson MK, Huynh BH (февраль 2004 г.). «Роль кластера [2Fe-2S] в рекомбинантной биотинсинтазе Escherichia coli». Биохимия . 43 (7): 2022–31. doi :10.1021/bi035666v. PMID  14967042.
  10. ^ Fugate CJ, Jarrett JT (ноябрь 2012 г.). «Биотинсинтаза: понимание образования связи углерод-сера, опосредованной радикалами». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1824 (11): 1213–22. doi :10.1016/j.bbapap.2012.01.010. PMID  22326745.
  11. ^ Земплени Дж., Видератне СС, Хасан Й.И. (январь 2009 г.). «Биотин». Биофакторы . 35 (1): 36–46. дои : 10.1002/биоф.8. ПМЦ 4757853 . ПМИД  19319844. 
  12. ^ Lin S, Cronan JE (июнь 2011 г.). «Приближаемся к полным путям биосинтеза биотина». Molecular BioSystems . 7 (6): 1811–21. doi :10.1039/c1mb05022b. PMID  21437340.
  13. ^ Яцуненко Т., Рей Ф.Е., Манари М.Дж., Трехан И., Домингес-Белло М.Г., Контрерас М. и др. (май 2012 г.). «Микробиом кишечника человека в зависимости от возраста и географии». Nature . 486 (7402): 222–7. Bibcode :2012Natur.486..222Y. doi :10.1038/nature11053. PMC 3376388 . PMID  22699611. 

Дальнейшее чтение

  • Шиуан Д., Кэмпбелл А. (июль 1988 г.). «Регуляция транскрипции и расположение генов биотиновых оперонов Escherichia coli, Citrobacter freundii и Salmonella typhimurium». Джин . 67 (2): 203–11. дои : 10.1016/0378-1119(88)90397-6. ПМИД  2971595.
  • Zhang S, Sanyal I, Bulboaca GH, Rich A, Flint DH (февраль 1994 г.). «Ген биотинсинтазы из Saccharomyces cerevisiae: клонирование, секвенирование и комплементация штаммов Escherichia coli, лишенных биотинсинтазы». Архивы биохимии и биофизики . 309 (1): 29–35. doi :10.1006/abbi.1994.1079. PMID  8117110.
  • Trainor DA, Parry RJ, Gitterman A (1980). «Биосинтез биотина. 2. Стереохимия введения серы в C-4 детиобиотина». J. Am. Chem. Soc . 102 (4): 1467–1468. doi :10.1021/ja00524a064.
  • Lotierzo M, Tse Sum Bui B, Florentin D, Escalettes F, Marquet A (август 2005 г.). «Механизм синтазы биотина: обзор». Труды биохимического общества . 33 (ч. 4): 820–3. doi :10.1042/BST0330820. PMID  16042606.
  • Berkovitch F, Nicolet Y, Wan JT, Jarrett JT, Drennan CL (январь 2004 г.). «Кристаллическая структура биотинсинтазы, радикального фермента, зависящего от S-аденозилметионина». Science . 303 (5654): 76–9. Bibcode :2004Sci...303...76B. doi :10.1126/science.1088493. PMC  1456065 . PMID  14704425.
  • Ugulava NB, Gibney BR, Jarrett JT (июль 2001 г.). «Биотинсинтаза содержит два отдельных участка связывания кластера железа и серы: химический и спектроэлектрохимический анализ взаимопревращений кластера железа и серы». Биохимия . 40 (28): 8343–51. doi :10.1021/bi0104625. PMC  1538964 . PMID  11444981.
  • Медиа, связанные с биотинсинтазой на Wikimedia Commons
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Биотин_синтаза&oldid=1172341295"