Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Белок-носитель биотина (BCCP) относится к белкам, содержащим домен присоединения биотина, который переносит биотин и карбоксибиотин в ходе АТФ-зависимого карбоксилирования биотинозависимыми карбоксилазами. Белок-носитель биотина является субъединицей ацетил-КоА, обеспечивающей катализ и превращение ацетил-КоА в малонил-КоА. В частности, BCCP катализирует карбоксилирование белка-носителя с образованием промежуточного продукта. Затем карбоксильная группа переносится транскарбоксилазой с образованием малонил-КоА. Это превращение является важным этапом в биосинтезе жирных кислот. В случае Acetyl-CoA карбоксилазы E. coli, BCCP представляет собой отдельный белок, известный как accB. С другой стороны, в пропионил-CoA карбоксилазе Haloferax mediterranei, BCCP pccA сливается с биотинкарбоксилазой. Биосинтез жирных кислот в растениях, таких как триацилглицерол, имеет жизненно важное значение для общего здоровья растения, поскольку позволяет накапливать масло в семенах. Биосинтез, катализируемый BCCP, обычно происходит в хлоропластах растительных клеток. Биосинтез, осуществляемый белком BCCP, обеспечивает перенос CO2 в активные центры клетки. Белок-носитель биотина содержит приблизительно 1 моль биотина на 22 000 г белка. В настоящее время исследований BCCP проводится немного. Однако недавнее исследование геномики растений показало, что BCCP из рода Brassica может играть ключевую роль в реакциях на абиотический и биотический стресс, то есть эти белки могут передавать сигналы остальной части растения после воздействия экстремальных условий, нарушающих его гомеостаз.
Biotin carboxyl carrier protein (BCCP) refers to proteins containing a biotin attachment domain that carry biotin and carboxybiotin throughout the ATP dependent carboxylation by biotin dependent carboxylases. The biotin carboxyl carrier protein is an Acetyl CoA subunit that allows for Acetyl CoA to be catalyzed and converted to malonyl CoA. More specifically, BCCP catalyzes the carboxylation of the carrier protein to form an intermediate. Then the carboxyl group is transferred by the transcacrboxylase to form the malonyl CoA. This conversion is an essential step in the biosynthesis of fatty acids. In the case of E. coli Acetyl CoA carboxylase, the BCCP is a separate protein known as accB On the other hand, in Haloferax mediterranei, propionyl CoA carboxylase, the BCCP pccA is fused with biotin carboxylase. The biosynthesis of fatty acids in plants, such as triacylglycerol, is vital to the plant's overall health because it allows for accumulation of seed oil. The biosynthesis that is catalyzed by BCCP usually takes place in the chloroplast of plant cells. The biosynthesis performed by the BCCP protein allows for the transfer of CO2 within active sites of the cell. The biotin carboxyl carrier protein carries approximately 1 mol of biotin per 22,000 g of protein. There is not much research on BCCPs at the moment. However, a recent studyon plant genomics found that Brassica BCCPs might play a key role in abiotic and biotic stress responses. Meaning that these proteins may be relaying messages to the rest of the plant body after it has been exposed to extreme conditions that disrupt the plant's homeostasis.
Синтез малонил-КоА
Синтез малонил-КоА состоит из двух полуреакций. Первая – карбоксилирование биотина бикарбонатом, а вторая – перенос группы CO2 из карбоксибиотина к ацетил-КоА, что позволяет образовать малонил-КоА. Для успешного протекания этой двухстадийной реакции необходимы два различных белковых субкомплекса, а также BCCP: биотин-карбоксилаза (BC) и карбоксилтрансфераза (CT). BCCP содержит кофактор биотин, ковалентно связанный с остатком лизина. У грибов, млекопитающих и в цитозолях растений все три компонента (BCCP, BC и CT) представлены одной полипептидной цепью. Однако большинство исследований этого белка проводились на форме фермента из E. coli, где все три компонента существуют в виде трех отдельных комплексов, а не объединены в единую полипептидную цепь.
The synthesis of Malonyl CoA consists of two half reactions. The first being the carboxylation of biotin with bicarbonate and the second being the transfer of the CO2 group to acetyl CoA from carboxybiotin to allow for the formation of malonyl CoA. Two different protein subassemblies, along with BCCP, are required for this two step reaction to be successful: biotin carboxylase (BC) and carboxyltransferase (CT). BCCP contains the biotin cofactor which is covalently bound to a lysine residue. In fungi, mammals, and plant cytosols, all three of these components (BCCP, BC, and CT) exist on one polypeptide chain. However, most studies of this protein have been conducted on the E. coli form of the enzyme, where all three components exist as three separate complexes rather than being united on one polypeptide chain.
Структура
Первый отчет о структуре BCCP был сделан биохимиками Ф. К. Атаппилли и В. А. Хендриксоном в 1995 году. Ее можно рассматривать как длинную β-шпильку, состоящую из четырех пар антипараллельных β-нитей, которые обвивают центральное гидрофобное ядро. Мотив биотинилирования Met Lys Met расположен на кончике β-шпильки. Вращения вокруг связи Cα-Cβ этого остатка лизина способствуют модели «качающейся руки». Связь с остальной частью фермента в N-конце ядра BCCP находится на противоположном конце структуры от биотинной части. Вращения в этой области способствуют модели «качающегося домена», а атом N1′ биотина находится на расстоянии около 40 Å от этой точки поворота. Это дает диапазон около 80 Å для модели «качающегося домена», а наблюдаемые расстояния между активными центрами BC–CT составляют от 40 до 80 Å. Кроме того, линкер перед ядром BCCP в голоферменте также может быть гибким, что обеспечит больший радиус действия для атома N1′ биотина. Структуры доменов, принимающих биотин, из E. coli BCCP 87 и 1.3S субъединицы P. shermanii TC были определены методами рентгеновской кристаллографии и ядерного магнитного резонанса. (Athappilly и Hendrickson, 1995; Roberts et al., 1999; Reddy et al., 1998). Они воспроизводят по существу одинаковые структуры, структурно связанные с липоильными доменами мультиферментных комплексов 2-оксокислотных дегидрогеназ (Brocklehurst и Perham, 1993; Dardel et al., 1993), которые аналогичным образом подвергаются подобной посттрансляционной модификации. Эти домены образуют сплющенную структуру β-бочки, состоящую из двух четырехцепочечных β-листов, с N- и C-концевыми остатками, расположенными близко друг к другу на одном конце структуры. На другом конце молекулы лизин, принимающий биотинил или липоил, находится на сильно экспонированной, плотной петле между β4 и β5 нитями. Структура домена стабилизирована ядром гидрофобных остатков, которые являются важными структурными детерминантами. Консервативные остатки глицина занимают β-повороты, соединяющие β-нити. Структура домена, принимающего биотин, состоит из BCCP 87, который содержит семиаминокислотную вставку, характерную для некоторых прокариотических ацетил-КоА-карбоксилаз, но отсутствующую в других биотиндаменах (Chapman Smith и Cronan, 1999). Эта область пептида образует структуру, напоминающую «большой палец», между β2 и β3 нитями и, что интересно, образует прямые контакты с биотинной частью как в кристаллической, так и в растворной структурах (Athappilly и Hendrickson, 1995; Roberts et al., 1999). Предполагается, что этот «большой палец» может функционировать как подвижная крышка для одного или, возможно, обоих активных центров биотин-карбоксилазы или карбоксил-трансферазы в биотин-зависимом ферменте (Cronan, 2001). Функция этой крышки может помочь предотвратить сольватацию активных центров, тем самым способствуя переносу CO2 от карбоксибиотина к ацетил-КоА. Во-вторых, «большой палец» необходим для димеризации BCCP, необходимой для образования активного комплекса ацетил-КоА-карбоксилазы (Cronan, 2001). В заключение, «большой палец» функционирует для ингибирования аберрантного липоилирования целевого лизина липоил-белковой лигазой (Reche и Perham, 1999). Удаление «большого пальца» путем мутагенеза сделало BCCP 87 благоприятным субстратом для липоилирования, но отменило биотинилирование (Reche и Perham, 1999). Однако структура «большого пальца» не является высококонсервативной особенностью среди всех биотиндаменов. Многие биотин-зависимые ферменты не содержат этой вставки, включая все пять ферментов млекопитающих. Однако, по-видимому, взаимодействия между биотином и белком могут быть сохраненной особенностью и важны для катализа, поскольку аналогичные контакты были обнаружены в «безпальцевых» доменах из P. shermanii транскарбоксилазы (Jank et al., 2002) и белка, присоединяющего биотинил/липоил, B. subtilis (Cui et al., 2006). Значение этого требует дальнейшего исследования, но возможно, что механизм, используемый биотинными ферментами, может включать нековалентные взаимодействия между белком и протезной группой.
The first report of the BCCP structure was made by biochemists F. K. Athappilly and W. A. Hendrickson in 1995. It can be thought of as a long β hairpin structure, with four pairs of antiparallel β strands that wrap around a central hydrophobic core. The biotinylation motif Met Lys Met is located at the tip of the β hairpin structure. Rotations around the CαCβ bond of this Lys residue contribute to the swinging arm model. The connection to the rest of the enzyme at the N terminus of BCCP core is located at the opposite end of the structure from the biotin moiety. Rotations around this region contribute to the swinging domain model, and the N1′ atom of biotin is ~ 40 Å from this pivot point. This gives a range of ~ 80 Å for the swinging domain model, and the BC–CT active site distances observed so far are between 40 and 80 Å. In addition, the linker before the BCCP core in the holoenzyme could also be flexible, which would give further reach for the biotin N1′ atom. The structures of biotin accepting domains from E. coli BCCP 87 and the 1.3S subunit of P. shermanii TC were determined by both X ray crystallography and nuclear magnetic resonance studies. (Athappilly and Hendrickson, 1995; Roberts et al., 1999; Reddy et al., 1998). These produced essentially the same structures that are structurally related to the lipoyl domains of 2 oxo acid dehydrogenase multienzyme complexes (Brocklehurst and Perham, 1993; Dardel et al., 1993), which similarly undergo an analogous post translational modification. These domains form a flattened β barrel structure comprising two four stranded β sheets with the N and C terminal residues close together at one end of the structure. At the other end of the molecule, the biotinyl or lipoyl accepting lysine resides on a highly exposed, tight hairpin loop between β4 and β5 strands. The structure of the domain is stabilized by a core of hydrophobic residues, which are important structural determinants. Conserved glycine residues occupy β turns linking the β strands. The structure of the Biotin accepting domain consists of BCCP 87 which contains a seven amino acid insertion common to certain prokaryotic acetyl CoA carboxylases but not present in other biotindomains (Chapman Smith and Cronan, 1999). This region of the peptide adopts a thumb structure between the β2 and β3 strands and, interestingly, forms direct contacts with the biotin moiety in both the crystal and solution structures (Athappilly and Hendrickson, 1995; Roberts et al., 1999). It has been proposed that this thumb may function as a mobile lid for either, or possibly both, the biotin carboxylase or carboxyl transferase active sites in the biotin dependent enzyme (Cronan, 2001). The function of this lid could aid to prevent solvation of the active sites, thereby aiding in the transfer of CO2 from carboxybiotin to acetyl CoA. Secondly, the thumb is required for dimerization of BCCP, necessary for the formation of the active acetyl CoA carboxylase complex (Cronan, 2001). In conclusion, the thumb functions to inhibit the aberrant lipoylation of the target lysine by lipoyl protein ligase (Reche and Perham, 1999). Removal of the thumb by mutagenesis rendered BCCP 87 a favorable substrate for lipoylation but abolished biotinylation (Reche and Perham, 1999). The thumb structure, however, is not a highly conserved feature amongst all biotin domains. Many biotin dependent enzymes do not contain this insertion, including all five mammalian enzymes. However, it appears the interactions between biotin and protein might be a conserved feature and important for catalysis as similar contacts have been observed in the "thumbless" domains from P. shermanii transcarboxylase (Jank et al., 2002) and the biotinyl/lipoyl attachment protein of B. subtilis (Cui et al., 2006). The significance of this requires further investigation but it is possible that the mechanism employed by the biotin enzymes may involve noncovalent interactions between the protein and the prosthetic group.