Oxaloacetate decarboxylase

Введение

Фермент оксалоацетат декарбоксилаза является карбокси- лиазой, участвующей в превращении оксалоацетата в пируват. Активность оксалоацетат-декарбоксилазы в данном организме может быть обусловлена активностью фермента малика, пируваткиназы, малат-дегидрогеназы, пируват-карбоксилазы и ПЭП-карбоксикиназы или активностью "реальных" оксалоацетат-декарбоксилаз. Последние ферменты каталитизируют необратимую декарбоксиляцию оксалоацетата и могут быть классифицированы в: (i) двузначные катионно-зависимые оксалоацетатные декарбоксилазы и (ii) мембранно-зависимые натриевые и биотинсодержащие оксалоацетатные декарбоксилазы из энтеробактерий.

Кинетические свойства

Оксалоацетат-декарбоксилаза из семейства двузначных катион-зависимых декарбоксилаз была выделена из Corynebacterium glutamicum в 1995 году Jetten et al. Этот фермент выборочно каталитизировал декарбоксилирование оксалоацетата в пируват и CO2 с Км 2,1 мМ, Vmax 158 umol и kcat 311 s^1.

Цитоплазматические ферменты

Цитоплазматические оксалоацетат-декарбоксилазы, обнаруженные в различных микроорганизмах, таких как Pseudomonas, Acetobacter, C. glutamicum, Veillonella parvula и A. vinelandii, зависят от наличия двухвалентных катионов, таких как , , , или Эти ферменты ингибируются ацетил-КоА и АДФ. Это семейство ферментов включает метилмалонил-КоА декарбоксилазу, малонат-декарбоксилазу и глутаноил-КоА декарбоксилазу, все из которых встречаются исключительно в анаэробных бактериях. Декарбоксилирование бета-кетокислоты оксалоацетата обеспечивает необходимую свободную энергию для перекачки ионов натрия через липидный бислой. Полученный градиент натрия стимулирует синтез АТФ, транспортировку растворенных веществ и подвижность. Общая реакция, катализируемая насосом, заключается в обмене двух внутриклеточных ионов Na+ на один дополнительный клеточный ион H+; реакция инициируется ферментным катализатором декарбоксилирования оксалоацетата в домене карбоксилтрансферазы альфа-субъединения, получая пируват и карбоксибиотин. Оксалоацетат-декабоксилазная помпа также обратима: при высоких концентрациях внеклеточного Na+, насос будет соединять нисходящее движение Na+ в цитозол с карбоксилированием пирувата для образования оксалоацетата. Члены этого семейства ферментов, как правило, являются тримерами, состоящими из альфа-, бета- и гамма-субъектов. Бета- и гамма-субъединения являются интегральными мембранными белками. Бета-субъединение ~45 кДа имеет девять трансмембранных сегментов, которые служат для соединения декарбоксилирования карбоксибиотина с транслокацией Na+ из цитоплазмы в периплазму. Кроме того, гамма-субъединение значительно ускоряет скорость декарбоксилирования оксалоацетата в альфа-субъединении, и это коррелирует с координацией металлического иона Zn2+ несколькими остатками на гидрофильном конце C. Альфа-субъединение, которое составляет ~65 кДа, представляет собой биотинилированный периферический мембранный белок на цитозольной стороне мембраны. В пределах альфа- подединицы находится карбоксил- трансферазный (КТ) домен, оксалоацетат- декарбоксилазный гамма- ассоциационный домен и биотин- карбоксил- носитель домена. Кристаллическая структура домена CT образует TIM-баррельную складку в димерном образовании, которое координируется с ионом Zn2+ в каталитическом месте. Энзим полностью инактивируется специфическим мутагенезом Asp17, His207 и His209, которые служат лигандами для иона Zn2+ или Lys178 вблизи активного места, что предполагает, что Zn2+ и Lys178 необходимы для катализа.

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.