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| ビオチンカルボキシラーゼ | |||||||||
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 ビオチンカルボキシラーゼホモ二量体、大腸菌 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 6.3.4.14 | ||||||||
| CAS番号 | 9075-71-2 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| 遺伝子オントロジー | アミゴー / クイックゴー | ||||||||
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| ビオチンカルボキシラーゼC末端ドメイン | |||||||||
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 サッカロミセス・セレビシエ由来のアセチルコエンザイムAカルボキシラーゼのビオチンカルボキシラーゼドメインとソラフェンAの複合体の結晶構造 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | ビオチン_炭水化物_C | ||||||||
| パム | PF02785 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 1dv1 / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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酵素学では、ビオチンカルボキシラーゼ（EC 6.3.4.14）は化学反応を触媒する酵素である。
- ATP + ビオチンカルボキシルキャリアタンパク質 + CO 2 ADP + リン酸 + カルボキシビオチンカルボキシルキャリアタンパク質
この酵素の
3 つの基質はATP、ビオチンカルボキシルキャリアタンパク質(BCCP)、およびCO 2であり、 3 つの生成物はADP、リン酸、およびカルボキシビオチンカルボキシルキャリアタンパク質
です。
この酵素クラスの系統名は、ビオチンカルボキシルキャリアタンパク質：二酸化炭素リガーゼ（ADP形成）です。この酵素は、ビオチンカルボキシラーゼ（アセチルCoAカルボキシラーゼの成分）とも呼ばれます。このATP捕捉酵素は、脂肪酸生合成に関与します。この酵素は、アセチルCoAカルボキシラーゼ複合体の触媒機能の1つを提供することで、脂肪酸生合成に関与します。前述のように、カルボキシビオチン生成物が形成された後、複合体のカルボキシルトランスフェラーゼユニットは、活性化カルボキシ基をBCCPからアセチルCoAに転移し、マロニルCoAとして知られるマロネート類似体を形成します。マロニルCoAは、脂肪酸生合成における主要な炭素供与体として機能し、その後、一連の還元および脱水反応によってアシル基が除去されます。[1]
反応経路
ビオチンカルボキシラーゼは、アセチルCoAカルボキシラーゼなどのビオチン依存性カルボキシラーゼ複合体内に存在する保存された酵素です。ビオチンカルボキシラーゼは、関連するカルボキシラーゼ複合体内に、リジン残基を介してビオチンに共有結合したビオチンカルボキシルキャリアタンパク質が存在することで機能します。[2]ビオチンカルボキシラーゼ活性とカルボキシラーゼ複合体内のBCCPは、どちらもこの酵素クラス間で高度に保存されています。カルボキシラーゼの主な変異源はカルボキシル基が転移される分子（ビオチンから）が、この転移を触媒するために必要な特異性成分を決定するため、カルボキシル基転移酵素成分に起因します。
ビオチンカルボキシラーゼの構造は、酵素が触媒する反応経路に大きく影響するため、この反応経路の議論では、活性部位内で基質と中間体がいかに安定化されるかについても触れる必要があります。重炭酸塩（HCO 3 −）は、ビオチンとの水素結合、および負に帯電した酸素とArg 292イミニウムイオンとの二座イオン対相互作用によって、ビオチンカルボキシラーゼの活性部位内に保持されます。[2] BCのGlu 296残基は塩基として作用し、重炭酸塩分子を脱プロトン化し、ATPの末端リン酸分子に対するカルボニル酸素の求核攻撃を促進すると考えられています。この経路の最初の反応は、ATPがマグネシウムイオンと非共有結合的に配位することにより、ATPも活性部位ポケット内にしっかりと保持されるために起こります。
この求核攻撃の後、炭酸分子は電子の押し出しによってCO 2に分解され、PO 4 3-イオンが生成されます。これは塩基として機能し、ビオチン内のウレイド環のアミドを脱プロトン化します。エノラートのような中間体が形成され、酸素に負電荷を生成し、Arg 338のイミニウムイオンによって安定化されます。次に、エノラートはCO 2 （Glu 296残基との水素結合によって保持されている）に対して求核攻撃を実行し、最終的にこの酵素経路の生成物であるカルボキシビオチンにつながります。[2]この反応が起こると、複合体内に存在するカルボキシルトランスフェラーゼ酵素がカルボキシビオチンに作用して、カルボキシル基を標的アクセプター分子、つまりアセチルCo-A、プロピオニルCo-Aなどに転移します。
構造研究
2007 年末現在[アップデート]、このクラスの酵素については 5 つの構造が解明されており、PDBアクセッション コードは 1BNC、1DV1、1DV2、2GPS、2GPW です。
大腸菌のビオチンカルボキシラーゼ（アセチルCoAカルボキシラーゼ）の結晶構造は決定されているが、真核生物のBCは溶液中では触媒として不活性であるため、情報を得ることは困難である。大腸菌のビオチンカルボキシラーゼは、3つのドメイン（A、B、C）からなる2つの均質な二量体から構成される。 [2]各モノマーのBドメインは、結晶構造においてこのドメインに極めて高い柔軟性が見られることから、この酵素の機能には不可欠であると考えられている。ATP基質が結合すると、構造変化が起こり、Bドメインが基本的に活性部位を覆う。この変化によってATPが反応を起こすのに十分近い位置に移動されると考えられるが、活性部位は依然として溶媒にさらされている。この結晶構造の異常により、BCCP へのビオチンの付着がこの反応経路を助け、本質的に活性部位内のビオチンを覆っていると考えられています。証拠によれば、遊離ビオチンはビオチン-BCCP と比較するとこの酵素の基質としてそれほど優れていないことが示されているからです。[3]この酵素内のC末端保存ドメインには、活性部位残基のほとんどが含まれています。[4] Glu 296と Arg 338 は、この酵素のサブクラス間で高度に保存された残基であり、反応中間体を安定化させ、カルボキシル化が完了するまで活性部位ポケット内に保持する働きをします。[3]
この酵素は生命に不可欠であり、さまざまな生物でその機能を維持しています。ビオチンカルボキシラーゼの機能とそれが存在する複合体に基づいて構造自体が異なる場合がありますが、酵素は同じ機能を果たします。脂肪酸合成は、生化学的経路に不可欠なステロールやその他の脂質を提供し、この酵素機能の必要性は、高度に保存された活性部位のアミノ酸配列によって確認されています。[2]
参考文献
- ^ エンゲルキング、ラリー R. (2015-01-01)、エンゲルキング、ラリー R. (編)、「第 56 章 - 脂肪酸生合成」、獣医生理化学教科書 (第 3 版)、ボストン: アカデミック プレス、pp. 358–364、ISBN 978-0-12-391909-0、 2021-10-18取得
- ^ abcde Chou, Chi-Yuan; Yu, Linda PC; Tong, Liang (2009-04-24). 「基質と複合体を形成したビオチンカルボキシラーゼの結晶構造およびその触媒機構への影響」*. Journal of Biological Chemistry . 284 (17): 11690–11697. doi : 10.1074/jbc.M805783200 . ISSN 0021-9258. PMC 2670172. PMID 19213731 .
- ^ ab Attwood, A (2002). 「ビオチン依存性酵素におけるカルボキシル基転移反応の化学的および触媒的メカニズム」。Accounts of Chemical Research . 35 (2): 113–120. doi :10.1021/ar000049+. PMID 11851389 – Expasy 経由。
- ^ Waldrop, GL; Rayment, I.; Holden, HM (1994). 「アセチルCoAカルボキシラーゼのビオチンカルボキシラーゼサブユニットの3次元構造」.生化学. 33 (34): 10249–10256. doi :10.1021/bi00200a004. PMID 7915138.
