Oxaloacetate decarboxylase

Кіріспе

Оксалоацетат декарбоксилаза ферменті - оксалоацетатты пируватқа айналдыруға қатысатын карбоксилиаз. Ол оксалоацетат декарбоксилазаның белгілі бір организмдегі белсенділігі арқылы анықталады. Соңғы ферменттер оксалоацетаттың кері қайтарылмайтын декарбоксилдеуін катализациялайды және оларды (i) еківалентті катионға тәуелді оксалоацетат декарбоксилазаларына және (ii) энтеробактериялардан алынған мембранаға байланған натрийге тәуелді және биотинді оксалоацетат декарбоксилазаларына жіктеуге болады.

Кинетикалық қасиеттері

1995 жылы Jetten және басқалар Corynebacterium glutamicum бактериясынан еківалентті катионға тәуелді декарбоксилазалар тұқымдасына жататын оксалоацетат декарбоксилазасын оқшаулады. Бұл фермент оксалоацетат пен СО2 пируватқа декарбоксилдеуін Km 2, 1 мМ, Vmax 158 umol және kcat 311 s ^ 1 болып сұрыптады.

Цитоплазмалық ферменттер

Псевдомонас, Ацетобактер, C. glutamicum, Veillonella parvula және A. vinelandii сияқты әртүрлі микроорганизмдерде кездесетін цитоплазмалық оксалоацетат декарбоксилазалары, мысалы, , , , немесе , сияқты еківалентті катиондардың болуына байланысты. Бұл ферменттер ацетил CoA және ADP тежеуіне жол бермейді. Бұл ферменттер отбасына метилмалонил CoA декарбоксилаза, малонат декарбоксилаза және глютаноил CoA декарбоксилаза жатады, олардың барлығы тек анаэробты бактерияларда кездеседі. Оксалоацетат бета- кето қышқылын декарбоксиляциялау липидтік қос қабаты арқылы натрий иондарын сорғылауға қажетті еркін энергияны береді. Соның нәтижесінде пайда болған натрий градиенті АТФ синтезін, еріген заттарды тасымалдауды және қозғалыс қабілетін басқарады. Катализацияланған жалпы реакция - екі жасушалық Na+ ионын бір қосымша жасушалық H+ ионына алмастыру; реакция фермент катализацияланған оксалоацетаттың карбоксилтрансфераза доменіндегі альфа-бөлімшедегі карбоксил ацетатының декарбоксилдеуімен басталады, пируват пен карбоксибиотин пайда болады. Оксалоацетат декабоксилаза сорғысы да кері айналады: жасушадан тыс Na+ жоғары концентрациясында сорғы цитозолға Na+ төмен қарай қозғалысын пируват карбоксилирлеумен біріктіріп, оксалоацетат түзеді. Ферменттер отбасының мүшелері әдетте альфа, бета және гамма кіші бірліктерінен тұратын тримерлер болып табылады. Бета және гамма-бөлімшелері интегралды мембраналық ақуыздар болып табылады. ~45 кДа бета-кіші бірлікте карбоксибиотиннің декарбоксиляциясын цитоплазмадан периплазмаға Na+ транслокациясына жалғастыруға қызмет ететін тоғыз трансмембраналық сегмент бар. Сонымен қатар, гамма-суббъекті альфа-субъектідегі оксалоацетат декарбоксилдеу жылдамдығын айтарлықтай жылдамдатады, бұл Zn2+ металл ионының гидрофильді C-терминалдағы бірнеше қалдықтармен үйлесімділігіне сәйкес келеді. Альфа-субббъектісі ~65 кДа, ол мембрананың цитозолды жағындағы биотинилденген перифериялық мембраналық белок. Альфа- кіші бірлікте карбоксил трансфераза (КТ) домені, оксалоацетат декарбоксилаза гамма ассоциация домені және биотин карбоксил тасымалдаушы домені бар. КТ доменінің кристалдық құрылымы димерлік формациядағы ТИМ баррельді бүктеме құрайды, ол каталитикалық сайттағы Zn2+ ионымен үйлестіріледі. Фермент толық белсенді емес, өйткені Asp17, His207 және His209 ферменттері металл ионының лиганды ретінде қызмет етеді немесе белсенді орынның жанында Lys178 ферменті белсенді емес, бұл Zn2+ және Lys178 катализатор үшін маңызды екенін көрсетеді.

Found in different microorganisms such as Pseudomonas, Acetobacter, C. glutamicum, Veillonella parvula, and A. vinelandii, cytoplasmic oxaloacetate decarboxylases are dependent on the presence of divalent cations such as , , , , or These enzymes are inhibited by acetyl CoA and ADP. This enzyme family includes methylmalonyl CoA decarboxylase, malonate decarboxylase, and glutanoyl CoA decarboxylase, all of which are found exclusively in anaerobic bacteria. Decarboxylating the beta keto acid of oxaloacetate affords the necessary free energy to pump sodium ions across the lipid bilayer. The resulting sodium gradient drives the synthesis of ATP, solute transport, and motility. The overall reaction catalyzed by the pump is the exchange of two intracellular Na+ ions for one extra cellular H+ ion; the reaction is initiated by the enzyme catalyzed decarboxylation of oxaloacetate in the carboxyltransferase domain of the alpha subunit, yielding pyruvate and carboxybiotin. The oxaloacetate decaboxylase pump is also reversible: at high concentrations of extracellular Na+, the pump will couple downhill movement of Na+ into the cytosol with the carboxylation of pyruvate to form oxaloacetate. Members of this family of enzymes are typically trimers, composed of alpha, beta and gamma subunits. The beta and gamma subunits are integral membrane proteins. The ~45kDa beta subunit has nine transmembrane segments which serve to couple the decarboxylation of the carboxybiotin to the translocation of Na+ from the cytoplasm to the periplasm. Furthermore, the gamma subunit significantly accelerates the rate of oxaloacetate decarboxylation in the alpha subunit, and this correlates with the coordination of a Zn2+ metal ion by several residues at the hydrophilic C terminus. The alpha subunit, which is ~65kDa, is a biotinylated peripheral membrane protein on the cytosolic side of the membrane. Within the alpha subunit is the carboxyl transferase (CT) domain, oxaloacetate decarboxylase gamma association domain, and biotin carboxyl carrier domain. The crystal structure of the CT domain forms a TIM barrel fold in a dimer formation that coordinates with a Zn2+ ion in a catalytic site. The enzyme is completely inactivated by specific mutagenesis of Asp17, His207, and His209, which serve as ligands for the Zn2+ metal ion, or by Lys178 near the active site, suggesting that Zn2+ as well as Lys178 are essential for catalysis.