La proteína transportadora de carboxilo de biotina (BCCP) se refiere a proteínas que contienen un dominio de unión a biotina que transportan biotina y carboxibiotina a lo largo de la carboxilación dependiente de ATP por carboxilasas dependientes de biotina. La proteína transportadora de carboxilo de biotina es una subunidad de acetil CoA que permite que el acetil CoA sea catalizado y convertido en malonil-CoA. Más específicamente, BCCP cataliza la carboxilación de la proteína transportadora para formar un intermedio. Luego, el grupo carboxilo es transferido por la transcacrboxilasa para formar el malonil-CoA. [1] Esta conversión es un paso esencial en la biosíntesis de ácidos grasos. En el caso de la acetil-CoA carboxilasa de E. coli , la BCCP es una proteína separada conocida como accB ( P0ABD8 ). Por otra parte, en Haloferax mediterranei , la propionil-CoA carboxilasa , la BCCP pccA ( I3R7G3 ), está fusionada con la biotina carboxilasa .
La biosíntesis de ácidos grasos en las plantas, como el triacilglicerol , es vital para la salud general de la planta porque permite la acumulación de aceite de las semillas. La biosíntesis que es catalizada por BCCP generalmente tiene lugar en el cloroplasto de las células vegetales. La biosíntesis realizada por la proteína BCCP permite la transferencia de CO2 dentro de los sitios activos de la célula. [2]
La proteína transportadora de carboxilo de biotina transporta aproximadamente 1 mol de biotina por cada 22.000 g de proteína. [3]
Actualmente no hay mucha investigación sobre las BCCP. Sin embargo, un estudio reciente sobre genómica de plantas descubrió que las BCCP de Brassica podrían desempeñar un papel clave en las respuestas al estrés abiótico y biótico. [4] Esto significa que estas proteínas pueden transmitir mensajes al resto del cuerpo de la planta después de que haya estado expuesta a condiciones extremas que alteran la homeostasis de la planta.
La síntesis de malonil-CoA consta de dos semirreacciones. La primera es la carboxilación de la biotina con bicarbonato y la segunda es la transferencia del grupo CO2 a la acetil-CoA desde la carboxibiotina para permitir la formación de malonil-CoA. Para que esta reacción de dos pasos tenga éxito, se requieren dos subconjuntos proteicos diferentes, junto con la BCCP: la biotina carboxilasa (BC) y la carboxiltransferasa (CT). La BCCP contiene el cofactor biotina, que está unido covalentemente a un residuo de lisina. [5]
En los hongos, los mamíferos y los citosoles de las plantas, estos tres componentes (BCCP, BC y CT) existen en una cadena polipeptídica. Sin embargo, la mayoría de los estudios de esta proteína se han realizado en la forma de la enzima en E. coli , donde los tres componentes existen como tres complejos separados en lugar de estar unidos en una cadena polipeptídica.
El primer informe de la estructura de BCCP fue realizado por los bioquímicos FK Athappilly y WA Hendrickson en 1995. [6] Puede considerarse como una estructura de horquilla β larga , con cuatro pares de hebras β antiparalelas que se enrollan alrededor de un núcleo hidrofóbico central. El motivo de biotinilación Met-Lys-Met se encuentra en la punta de la estructura de horquilla β. Las rotaciones alrededor del enlace CαCβ de este residuo de Lys contribuyen al modelo de brazo oscilante. La conexión con el resto de la enzima en el extremo N del núcleo de BCCP se encuentra en el extremo opuesto de la estructura de la fracción de biotina. Las rotaciones alrededor de esta región contribuyen al modelo de dominio oscilante, y el átomo N1′ de biotina está a ~ 40 Å de este punto pivote. Esto da un rango de ~80 Å para el modelo de dominio oscilante, y las distancias del sitio activo BC–CT observadas hasta ahora están entre 40 y 80 Å. [7] Además, el enlazador antes del núcleo BCCP en la holoenzima también podría ser flexible, lo que daría un mayor alcance para el átomo N1′ de biotina. [8]
Las estructuras de los dominios aceptores de biotina de E. coli BCCP-87 y la subunidad 1.3S de P. shermanii TC se determinaron mediante estudios de cristalografía de rayos X y resonancia magnética nuclear. (Athappilly y Hendrickson, 1995; Roberts et al ., 1999; Reddy et al ., 1998). [9] Estos produjeron esencialmente las mismas estructuras que están estructuralmente relacionadas con los dominios lipoilo de los complejos multienzimáticos de la 2-oxoácido deshidrogenasa (Brocklehurst y Perham, 1993; Dardel et al ., 1993), que de manera similar experimentan una modificación postraduccional análoga. Estos dominios forman una estructura de barril β aplanada que comprende dos láminas β de cuatro cadenas con los residuos N y C-terminales muy juntos en un extremo de la estructura. En el otro extremo de la molécula, la lisina que acepta biotinilo o lipoilo reside en un bucle de horquilla muy expuesto y apretado entre las cadenas β4 y β5. La estructura del dominio está estabilizada por un núcleo de residuos hidrofóbicos, que son determinantes estructurales importantes. Los residuos de glicina conservados ocupan giros β que unen las cadenas β. [10]
La estructura del dominio aceptor de biotina consiste en BCCP-87 que contiene una inserción de siete aminoácidos común a ciertas carboxilasas de acetil-CoA procariotas pero no presente en otros biotindominios (Chapman-Smith y Cronan, 1999). Esta región del péptido adopta una estructura de pulgar entre las cadenas β2 y β3 y, curiosamente, forma contactos directos con la fracción de biotina tanto en las estructuras cristalinas como en las de solución (Athappilly y Hendrickson, 1995; Roberts et al ., 1999). Se ha propuesto que este pulgar puede funcionar como una tapa móvil para cualquiera, o posiblemente ambos, los sitios activos de la carboxilasa de biotina o la carboxiltransferasa en la enzima dependiente de biotina (Cronan, 2001). La función de esta tapa podría ayudar a prevenir la solvatación de los sitios activos, ayudando así en la transferencia de CO2 desde la carboxibiotina al acetil CoA. En segundo lugar, el pulgar es necesario para la dimerización de BCCP, necesaria para la formación del complejo activo de acetil CoA carboxilasa (Cronan, 2001). En conclusión, el pulgar funciona para inhibir la lipoilación aberrante de la lisina diana por la lipoil proteína ligasa (Reche y Perham, 1999). La eliminación del pulgar por mutagénesis convirtió a BCCP-87 en un sustrato favorable para la lipoilación, pero abolió la biotinilación (Reche y Perham, 1999). Sin embargo, la estructura del pulgar no es una característica altamente conservada entre todos los dominios de biotina. Muchas enzimas dependientes de biotina no contienen esta inserción, incluidas las cinco enzimas de mamíferos. Sin embargo, parece que las interacciones entre la biotina y la proteína podrían ser una característica conservada e importante para la catálisis, ya que se han observado contactos similares en los dominios "sin pulgar" de la transcarboxilasa de P. shermanii (Jank et al ., 2002) y la proteína de unión biotinilo/lipoilo de B. subtilis (Cui et al ., 2006). La importancia de esto requiere una mayor investigación, pero es posible que el mecanismo empleado por las enzimas de biotina pueda involucrar interacciones no covalentes entre la proteína y el grupo prostético.