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Formiato C-acetiltransferasa

En enzimología , el formiato C-acetiltransferasa ( piruvato formiato liasa ) ( EC 2.3.1.54) es una enzima . La piruvato formiato liasa se encuentra en Escherichia coli [1] y otros organismos . Ayuda a regular el metabolismo anaeróbico de la glucosa . Utilizando una química radical no redox, cataliza la conversión reversible de piruvato y coenzima A en formiato y acetil-CoA . La reacción ocurre de la siguiente manera:

Esta enzima pertenece a la familia de las transferasas , concretamente aquellas aciltransferasas que transfieren grupos distintos a los grupos aminoacilo. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es acetil-CoA:formiato C-acetiltransferasa . Otros nombres de uso común incluyen piruvato formiato-liasa , formiato-liasa pirúvica y formiato acetiltransferasa . Esta enzima participa en 3 vías metabólicas : metabolismo del piruvato , metabolismo del propanoato y metabolismo del butanoato .

Estudios estructurales

A finales de 2007, se han resuelto 8 estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso de PDB 1CM5, 1H16, 1H17, 1H18, 1MZO, 1QHM, 2PFL y 3PFL.

La piruvato formiato liasa es un homodímero formado por subunidades de 85 kDa y 759 residuos . Tiene un motivo de barril beta/alfa de 10 hebras en el que se inserta un dedo beta que contiene importantes residuos catalíticos . El sitio activo de la enzima, dilucidado por cristalografía de rayos X , contiene tres aminoácidos esenciales que realizan la catálisis ( Gly734 , Cys418 y Cys419), tres residuos principales que mantienen cerca el sustrato piruvato ( Arg435 , Arg176 y Ala272 ), y dos residuos hidrofóbicos flanqueantes ( Trp333 y Phe432 ). [2]

Los estudios han encontrado similitudes estructurales entre el sitio activo de la piruvato formiato liasa y el de las enzimas ribonucleótido reductasa (RNR) de Clase I y Clase III. [2] [3]

Mecanismo

Funciones de los tres residuos catalíticos.

Se ha demostrado que: [4] [5]

Pasos

  1. El mecanismo propuesto para la piruvato formiato liasa comienza con la transferencia de radicales de Gly734 a Cys418, a través de Cys419.
  2. El radical tiilo Cys418 se agrega covalentemente al C2 (segundo átomo de carbono) del piruvato, generando un intermediario acetil-enzima (que ahora contiene el radical).
  3. El intermedio acetil-enzima libera un radical formilo que sufre una transferencia de átomos de hidrógeno con Cys419. Esto genera formato y un radical Cys419.
  4. La coenzima A entra y sufre una transferencia de átomos de hidrógeno con el radical Cys419 para generar un radical coenzima A.
  5. Luego, el radical coenzima-A recoge el grupo acetilo de Cys418 para generar acetil-CoA, dejando atrás un radical Cys418.
  6. Luego, la piruvato formiato liasa puede sufrir una transferencia de radicales para devolver el radical a Gly734.

Tenga en cuenta que cada paso es reversible. [4] [5]

Regulación

Dos enzimas adicionales regulan los estados “encendido” y “apagado” de la piruvato formiato liasa para regular el metabolismo anaeróbico de la glucosa: la piruvato formiato liasa activasa (AE) y la piruvato formiato liasa desactivasa. La piruvato formiato liasa activada permite la formación de acetil-CoA, una pequeña molécula importante en la producción de energía, cuando hay piruvato disponible. La piruvato formiato liasa desactivada, incluso con sustratos presentes, no cataliza la reacción.

La piruvato formiato liasa activasa es parte de la superfamilia radical SAM ( S-adenosilmetionina ). La enzima activa la piruvato formiato liasa al convertir Gly734 (GH) en un radical Gly734 (G * ) a través de un radical 5'- desoxiadenosilo (a través de un radical SAM ). [6]

Para obtener más información sobre la activación radical de SAM y las enzimas radicales SAM , consulte la discusión de Wang et al., 2007. [7]

La piruvato formiato liasa desactivasa desactiva la piruvato formiato liasa apagando el radical Gly734. [8] Además, la piruvato formiato liasa es sensible al oxígeno molecular (O 2 ), cuya presencia desactiva la enzima. [9]

Referencias

  1. ^ Knappe J, Blaschkowski HP, Grobner P, Schmitt T (1974). "Piruvato formiato-liasa de Escherichia coli: el intermedio acetil-enzima". EUR. J. Bioquímica . 50 (1): 253–63. doi :10.1111/j.1432-1033.1974.tb03894.x. PMID  4615902.
  2. ^ ab Becker A., ​​Fritz-Wolf K., Kabsch W., Knappe J., Schultz S., Volker wagner AF Estructura y mecanismo de la enzima radical glicilo piruvato formiato-liasa. 1999 Nacional. Estructura. Biol. 6: 969–975.
  3. ^ Leppanen VM, Merckel MC, Ollis DL, Wong KK, Kozarich JW, Goldman A. La piruvato formiato liasa es estructuralmente homóloga a la ribonucleótido reductasa tipo I. 1999 Estructura 7: 733–744.
  4. ^ ab Becker, A., Kabsch W. Estructura de rayos X de piruvato formiato-liasa en complejo con piruvato y CoA. Cómo utiliza la enzima el radical tiilo Cys-418 para la escisión del piruvato. 2002 J Biol Chem. 277(42): 40036–42.
  5. ^ ab Plaga, W., Wielhaber, G., Wallach, J., Knappe, J. Modificación de Cys-418 de piruvato formiato-liasa por ácido metacrílico, basada en su mecanismo radical. 2000 FEBS Lett. 466(1): 45–8.
  6. ^ Frey, M., Rothe, M., Wagner, AF., Knappe, J. Síntesis dependiente de adenosilmetionina del radical glicilo en piruvato formiato-liasa mediante abstracción del átomo de hidrógeno de glicina C-2 pro-S. Estudios de enzima sustituida con [2H]glicina y péptidos homólogos al sitio 734 de glicina. 1994 J Biol Chem. 269(17):12432–7.
  7. ^ Wang, SC., Frey PA. S-adenosilmetionina como oxidante: la superfamilia radical SAM. 2007 Tendencias Bioquímica. Ciencia. 32(3): 101–10.
  8. ^ Nnyepi, Sr., Peng, Y., Broderick, JB . Inactivación de la piruvato formiato-liasa de E. coli: papel de la AdhE y las moléculas pequeñas. 2007 Arch Biochem Biophys. 459(1):1–9.
  9. ^ Zhang, W., Wong, KK., Magliozzo, RS., Kozarich, JW. Inactivación de piruvato formiato-liasa por dioxígeno: definición de la interacción mecanística de glicina 734 y cisteína 419 mediante EPR rápido de congelación y extinción. 2001 Bioquímica 40(13): 4123–30.