Biotin syntáza - Biotin synthase - Wikipedia

Biotin syntáza
Biotinsynthasecartoon3.png
Struktura krystalu biotin syntázy
Identifikátory
EC číslo2.8.1.6
Číslo CAS80146-93-6
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Biotin syntáza (BioB) (ES 2.8.1.6 ) je enzym že katalyzuje přeměna dethiobiotinu (DTB) na biotin; toto je poslední krok v biotinu biosyntetická cesta. Biotin, také známý jako vitamin B7, je a kofaktor použito v karboxylace, dekarboxylace a transkarboxylační reakce v mnoha organismech včetně lidí.[1] Biotin syntáza je S-adenosylmethionin (SAM) závislý enzym, který využívá a radikální mechanismus na thiolát dethiobiotin, čímž se přemění na biotin.

Tento radikální SAM enzym patří do rodiny transferázy, konkrétně sulfurtransferázy, které přenášejí skupiny obsahující síru. The systematické jméno této třídy enzymů je dethiobiotin: sirná sulfurtransferáza. Tento enzym se účastní metabolismus biotinu. Zaměstnává jednoho kofaktor, železo-síra.

Struktura

Zobrazeno je aktivní místo biotin syntázy s klastry [2Fe-2S] a [4Fe-4S] spolu s dethiobiotinem (fialová) a S-adenosylmethioninem (červená)

V roce 2004 byla stanovena krystalová struktura biotin syntázy v komplexu se SAM a dethiobiotinem na rozlišení 3,4 angstromu.[2] The PDB přístupový kód pro tuto strukturu je 1R30. Protein je a homodimer, což znamená, že se skládá ze dvou identických aminokyselinové řetězce které se skládají dohromady a tvoří biotin syntázu. Každý monomer ve struktuře zobrazené na obrázku obsahuje a Hlaveň TIM s [4Fe-4S]2+cluster, SAM a [2Fe-2S]2+shluk.

[4Fe-4S]2+shluk se používá jako katalyzátor kofaktor, přímo koordinující SAM. Orbitální překrytí mezi SAM a jedinečným atomem Fe na [4Fe-4S]2+shluk byl pozorován.[3] Předpokládaná role [4Fe-4S]2+kofaktorem je přenos elektronu na SAM prostřednictvím mechanismu vnitřní koule, který jej nutí do nestabilního stavu s vysokou energií, který nakonec vede k tvorbě 5'deoxyadenosylu radikální.[4]

[2Fe-2S]2+Předpokládá se, že klastr poskytuje zdroj síry, ze kterého se thiolátuje DTB. Izotopové značení[5] a spektroskopické studie[6] ukázat zničení [2Fe-2S]2+klastr doprovází obrat BioB, což naznačuje, že je to pravděpodobně síra z [2Fe-2S]2+který je začleněn do DTB za vzniku biotinu.

Mechanismus

Na obrázku je podrobně navržený mechanismus pro biotin syntázu.

Reakci katalyzovanou biotin syntázou lze shrnout následovně:

dethiobiotin + síra + 2 S-adenosyl-L-methionin biotin + 2 L-methionin + 2 5'-deoxyadenosin

Navrhovaný mechanismus pro biotin syntázu začíná na elektronový přenos vnitřní koule ze síry na SAM, snižování [4Fe-4S]2+shluk. To má za následek spontánní C-S štěpení vazby, generující 5'-deoxyadenosylový radikál (5’-dA).[7] Tento uhlíkový radikál abstrahuje vodík z dethiobiotinu a vytváří dethiobiotinyl C9 uhlíkový radikál, který je okamžitě uhasen vazbou na atom síry na [2Fe-2S]2+. To snižuje jeden z atomů železa z FeIII FeII. V tomto okamžiku se dříve vytvořený 5’-deoxyadenosyl a methionin vymění za druhý ekvivalent SAM. Redukční štěpení generuje další 5’-deoxyadenosylový radikál, který abstrahuje vodík z C6 dethiobiotinu. Tento radikál útočí na síru vázanou na C9 a tvoří thiofanový kruh biotinu a zanechává za sebou nestabilní odlišný klastr, který pravděpodobně disociuje.[8][9]

Použití anorganické zdroj síry je pro biosyntetické reakce zahrnující síru zcela neobvyklý. Dethiobiotin však obsahuje nepolární, neaktivní atomy uhlíku v místech požadované tvorby vazby C-S. Tvorba radikálu 5’-dA umožňuje odběr neaktivních uhlíků na DTB vodíkem a zanechává za sebou radikály aktivního uhlí připravené k funkcionalizaci. Radikální chemie přirozeně umožňuje řetězové reakce, protože radikály se snadno uhasí tvorbou vazeb C-H, což má za následek další radikál na atomu, ze kterého vodík pochází. Můžeme zvážit možnost použití volného sulfidu, alkanu thiolu nebo alkansulfidu jako donoru síry pro DTB. Při fyziologickém pH by byly všechny protonovány a uhlíkový radikál by byl pravděpodobně uhasen spíše přenosem atomu vodíku než tvorbou vazby C-S.[10]

Relevance pro člověka

Biotin syntáza se nenachází v lidé. Vzhledem k tomu, že biotin je důležitým kofaktorem mnoha enzymů, musí lidé biotin konzumovat prostřednictvím stravy z mikrobů a rostlina Zdroje.[11] Lidské střevo mikrobiom bylo prokázáno, že obsahuje Escherichia coli které obsahují biotin syntázu,[12] poskytnutí dalšího zdroje biotinu pro katalytické použití. Množství E-coli produkující biotin je u dospělých výrazně vyšší než u kojenců, což naznačuje, že při hodnocení nutričních potřeb člověka je třeba brát v úvahu střevní mikrobiom a vývojovou fázi.[13]

Reference

  1. ^ Roth KS (září 1981). "Biotin v klinické medicíně - recenze". American Journal of Clinical Nutrition. 34 (9): 1967–74. doi:10.1093 / ajcn / 34.9.1967. PMID  6116428.
  2. ^ Berkovitch F, Nicolet Y, Wan JT, Jarrett JT, Drennan CL (leden 2004). „Krystalová struktura biotin syntázy, radikálového enzymu závislého na S-adenosylmethioninu“. Věda. 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 (listopad 2002). „Klastr [4Fe-4S] (2+) v rekonstituované biotin syntáze váže S-adenosyl-L-methionin.“ Journal of the American Chemical Society. 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 (duben 2002). "Redukční štěpení S-adenosylmethioninu biotin syntázou z Escherichia coli". The Journal of Biological Chemistry. 277 (16): 13449–54. doi:10,1074 / jbc.M111324200. PMID  11834738.
  5. ^ Bui BT, Florentin D, Fournier F, Ploux O, Méjean A, Marquet A (listopad 1998). "Mechanismus biotin syntázy: o původu síry". FEBS Dopisy. 440 (1–2): 226–30. doi:10.1016 / S0014-5793 (98) 01464-1. PMID  9862460. S2CID  33771553.
  6. ^ Ugulava NB, Sacanell CJ, Jarrett JT (červenec 2001). „Spektroskopické změny během jediného obratu biotin syntázy: destrukce klastru [2Fe-2S] doprovází zavedení síry“. Biochemie. 40 (28): 8352–8. doi:10.1021 / bi010463x. PMC  1489075. PMID  11444982.
  7. ^ Wang SC, Frey PA (březen 2007). „S-adenosylmethionin jako oxidační činidlo: radikální nadrodina SAM“. Trendy v biochemických vědách. 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 (srpen 2005). "Mechanismus biotin syntázy: přehled". Transakce s biochemickou společností. 33 (Pt 4): 820–3. doi:10.1042 / BST0330820. PMID  16042606.
  9. ^ Jameson GN, Cosper MM, Hernández HL, Johnson MK, Huynh BH (únor 2004). „Role klastru [2Fe-2S] v rekombinantní biotin syntáze Escherichia coli“. Biochemie. 43 (7): 2022–31. doi:10.1021 / bi035666v. PMID  14967042.
  10. ^ Fugate CJ, Jarrett JT (listopad 2012). „Biotin syntáza: poznatky o radikálně zprostředkované tvorbě vazby uhlík-síra“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - bílkoviny a proteomika. 1824 (11): 1213–22. doi:10.1016 / j.bbapap.2012.01.010. PMID  22326745.
  11. ^ Zempleni J, Wijeratne SS, Hassan YI (leden 2009). "Biotin". Biofaktory. 35 (1): 36–46. doi:10,1002 / biof.8. PMC  4757853. PMID  19319844.
  12. ^ Lin S, Cronan JE (červen 2011). „Uzavření úplných cest biosyntézy biotinu“. Molekulární biosystémy. 7 (6): 1811–21. doi:10.1039 / c1mb05022b. PMID  21437340.
  13. ^ Yatsunenko T, Rey FE, Manary MJ, Trehan I, Dominguez-Bello MG, Contreras M a kol. (Květen 2012). „Lidský střevní mikrobiom při pohledu na věk a geografii“. Příroda. 486 (7402): 222–7. Bibcode:2012Natur.486..222Y. doi:10.1038 / příroda11053. PMC  3376388. PMID  22699611.

Další čtení

externí odkazy