En enzimología , una biotina carboxilasa ( EC 6.3.4.14) es una enzima que cataliza la reacción química
Los tres sustratos de esta enzima son ATP , proteína transportadora de carboxilo de biotina (BCCP) y CO 2 , mientras que sus tres productos son ADP , fosfato y proteína transportadora de carboxilo de carboxibiotina.
El nombre sistemático de esta clase de enzimas es biotina-carboxilo-transportador-proteína: dióxido de carbono ligasa (formadora de ADP) . Esta enzima también se llama biotina carboxilasa (componente de la acetil CoA carboxilasa ). Esta enzima que capta ATP participa en la biosíntesis de ácidos grasos . Esta enzima participa en la biosíntesis de ácidos grasos al proporcionar una de las funciones catalíticas del complejo Acetil-CoA carboxilasa. Como se mencionó anteriormente, después de que se forma el producto de carboxibiotina, la unidad carboxiltransferasa del complejo transferirá el grupo carboxilo activado de BCCP a Acetil-CoA, formando un análogo de malonato conocido como malonil-CoA. Malonil-CoA sirve como el donante de carbono primario en la biosíntesis de ácidos grasos, seguido de una serie de reacciones de reducción y deshidratación para eliminar el grupo acilo. [1]
Las carboxilasas de biotina son una enzima conservada presente en complejos de carboxilasas dependientes de biotina, como la acetil-CoA carboxilasa. La forma en que funciona la carboxilasa de biotina es que, dentro del complejo de carboxilasa relevante, hay una proteína transportadora de carboxilo de biotina que está unida covalentemente a la biotina a través de un residuo de lisina. [2] Tanto la actividad de la carboxilasa de biotina como el BCCP dentro del complejo de carboxilasa están altamente conservados entre esta clase de enzimas. La principal fuente de variación para las carboxilasas surge del componente carboxiltransferasa, ya que la molécula a la que se transfiere el grupo carboxilo (de la biotina) dicta el componente de especificidad necesario para catalizar esta transferencia.
La estructura de la biotina carboxilasa influye en gran medida en la vía de reacción que cataliza la enzima, por lo que la discusión de esta vía de reacción también debe abordar cómo se estabilizan los sustratos y los intermediarios dentro del sitio activo. El bicarbonato (HCO 3 − ) se mantiene dentro del sitio activo de la biotina carboxilasa mediante enlaces de hidrógeno con la biotina, así como una interacción de pares iónicos bidentados de los oxígenos cargados negativamente con el ion iminio Arg 292. [2] Se plantea la hipótesis de que el residuo Glu 296 de BC actúa como una base, desprotonando la molécula de bicarbonato, facilitando así el ataque nucleofílico del oxígeno carbonílico en la molécula de fosfato terminal del ATP. Esta reacción inicial de la vía puede ocurrir porque el ATP también se mantiene firmemente dentro del bolsillo del sitio activo a través de la coordinación no covalente del ATP con iones de magnesio.
Después de este ataque nucleofílico, la molécula de carbonato se degrada a CO2 mediante empuje de electrones, produciendo un ion PO43- que luego actúa como base y desprotona la amida del anillo ureido dentro de la biotina. Se forma un intermedio similar al enolato, que produce una carga negativa en el oxígeno, que se estabiliza mediante el ion iminio de Arg338 . Luego, el enolato ejecuta un ataque nucleofílico sobre el CO2 ( que se mantiene en su lugar a través del enlace de H con el residuo Glu 296 ), lo que finalmente conduce al producto de esta vía enzimática: carboxibiotina. [2] Después de que ocurre esta reacción, la enzima carboxiltransferasa presente dentro del complejo actúa sobre la carboxibiotina para transferir el grupo carboxilo a la molécula aceptora objetivo, es decir, acetil Co-A, propionil Co-A, etc.
A finales de 2007 [actualizar], se han resuelto cinco estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1BNC, 1DV1, 1DV2, 2GPS y 2GPW.
Se ha determinado la estructura cristalina de la biotina carboxilasa (acetil-CoA carboxilasa) de Escherichia coli , pero es difícil obtener información sobre la BC eucariota ya que es catalíticamente inactiva en solución. La biotina carboxilasa de E. coli se compone de dos dímeros homogéneos formados por 3 dominios: A, B y C. [2] Se cree que el dominio B de cada monómero es esencial para la función de esta enzima, ya que existe una extrema flexibilidad de este dominio observada en la estructura cristalina. Tras la unión del sustrato de ATP, se produce un cambio conformacional en el que el dominio B esencialmente se cierra sobre el sitio activo. Si bien se cree que este cambio acerca el ATP lo suficiente para que se produzca la reacción, el sitio activo todavía estaba expuesto al disolvente. Debido a esta anomalía en la estructura cristalina, se cree que la unión de la biotina al BCCP ayuda en esta vía de reacción, cubriendo esencialmente la biotina dentro del sitio activo, ya que la evidencia muestra que la biotina libre no es un sustrato tan bueno para esta enzima en comparación con la biotina-BCCP. [3] Un dominio conservado C-terminal dentro de esta enzima contiene la mayoría de los residuos del sitio activo . [4] El Glu 296 y el Arg 338 son residuos altamente conservados entre esta subclase de enzimas, y funcionan para estabilizar los intermediarios de reacción y mantenerlos dentro del bolsillo del sitio activo hasta que se complete la carboxilación. [3]
Esta enzima es vital para la vida y ha mantenido su función en una variedad de organismos. Si bien la estructura en sí puede ser divergente según la función de la carboxilasa de biotina y en qué complejo se encuentra presente, la enzima sigue trabajando para cumplir la misma función. La síntesis de ácidos grasos proporciona esteroles y otros lípidos esenciales para las vías bioquímicas, y la necesidad de esta función enzimática está confirmada por la secuencia de aminoácidos del sitio activo altamente conservada. [2]
