Биотинсинтаза - Biotin synthase - Wikipedia

Биотин-синтаза
Кристаллическая структура биотин-синтазы
Идентификаторы
Номер ЕС	2.8.1.6
Количество CAS	80146-93-6
Базы данных
IntEnz	Просмотр IntEnz
БРЕНДА	BRENDA запись
ExPASy	Просмотр NiceZyme
КЕГГ	Запись в KEGG
MetaCyc	метаболический путь
ПРИАМ	профиль
PDB структуры	RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология	AmiGO / QuickGO
Поиск ЧВК статьи PubMed статьи NCBI белки

Биотинсинтаза (BioB) (EC 2.8.1.6 ) является фермент который катализирует превращение детиобиотина (DTB) в биотин; это последний шаг в биотине биосинтетический путь. Биотин, также известный как витамин B7, является кофактор используется в карбоксилирование, декарбоксилирование и реакции транскарбоксилирования у многих организмов, включая человека.^[1] Биотинсинтаза - это S-аденозилметионин (SAM) зависимый фермент, использующий радикальный механизм к тиолат детиобиотин, тем самым превращая его в биотин.

Этот радикальный SAM фермент принадлежит к семейству трансферазы особенно серотрансферазы, которые переносят серосодержащие группы. В систематическое название этого класса ферментов детиобиотин: сера серотрансфераза. Этот фермент участвует в метаболизм биотина. Здесь работает один кофактор, железо-сера.

Структура

Показан активный сайт биотинсинтазы с кластерами [2Fe-2S] и [4Fe-4S] вместе с детиобиотином (фиолетовый) и S-аденозилметионином (красный).

В 2004 г. кристаллическая структура биотинсинтазы в комплексе с SAM и детиобиотином была определена с разрешением 3,4 ангстрем.^[2] В PDB код присоединения для этой структуры 1R30. Белок - это гомодимер, то есть он состоит из двух одинаковых аминокислотные цепи которые складываются вместе с образованием биотинсинтазы. Каждый мономер в структуре, показанной на рисунке, содержит ТИМ ствол с [4Fe-4S]²⁺кластер, SAM и [2Fe-2S]²⁺кластер.

[4Fe-4S]²⁺кластер используется как каталитический кофактор, напрямую координируя SAM. Перекрытие орбит SAM и уникального атома Fe на [4Fe-4S]²⁺кластер наблюдался.^[3] Прогнозируемая роль [4Fe-4S]²⁺кофактор должен передавать электрон на SAM через механизм внутренней сферы, переводя его в нестабильное высокоэнергетическое состояние, которое в конечном итоге приводит к образованию 5’-дезоксиаденозила радикальный.^[4]

[2Fe-2S]²⁺Предполагается, что кластер является источником серы, из которой тиолят DTB. Изотопная маркировка^[5] и спектроскопические исследования^[6] показать разрушение [2Fe-2S]²⁺кластер сопровождает оборот BioB, указывая на то, что это, вероятно, сера из [2Fe-2S]²⁺который включается в DTB с образованием биотина.

Механизм

Изображен подробный предлагаемый механизм биотинсинтазы.

Реакцию, катализируемую биотинсинтазой, можно резюмировать следующим образом:

детиобиотин + сера + 2 S-аденозил-L-метионин ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ биотин + 2 L-метионин + 2 5'-дезоксиаденозин

Предлагаемый механизм биотинсинтазы начинается с перенос электронов внутри сферы от серы на SAM, сокращение [4Fe-4S]²⁺кластер. Это приводит к спонтанному C-S разрыв связи, образуя 5’-дезоксиаденозильный радикал (5’-dA).^[7] Этот углеродный радикал отщепляет водород от детиобиотина, образуя углеродный радикал C9 детиобиотинила, который немедленно гасится за счет связывания с атомом серы на [2Fe-2S]²⁺. Это восстанавливает один из атомов железа из Fe^III в Fe^II. На этом этапе 5’-дезоксиаденозил и метионин, образованные ранее, обмениваются на второй эквивалент SAM. При восстановительном расщеплении образуется еще один 5’-дезоксиаденозильный радикал, который отщепляет водород от C6 детиобиотина. Этот радикал атакует серу, прикрепленную к C9, и образует тиофановое кольцо биотина, оставляя после себя нестабильный диферрозный кластер, который, вероятно, диссоциирует.^[8][9]

Использование неорганический Источник серы довольно необычен для реакций биосинтеза с участием серы. Однако детиобиотин содержит неполярный, неактивированные атомы углерода в местах желаемого образования связи C-S. Образование радикала 5’-dA позволяет отщеплять водород от неактивированных углеродов на DTB, оставляя после себя радикалы активированного угля, готовые к функционализации. По своей природе радикальная химия допускает цепные реакции, потому что радикалы легко гасятся за счет образования связи C-H, что приводит к образованию другого радикала на атоме, из которого происходит водород. Мы можем рассмотреть возможность использования свободного сульфида, алкантиола или алкан персульфида в качестве донора серы для DTB. При физиологическом pH все они будут протонированы, и углеродный радикал, вероятно, будет гаситься переносом атома водорода, а не образованием связи C-S.^[10]

Актуальность для человека

Биотинсинтаза не обнаруживается в люди. Поскольку биотин является важным кофактором многих ферментов, люди должны потреблять биотин с пищей из микробных и растение источники.^[11] Однако человеческий кишечник микробиом было показано, что он содержит кишечная палочка содержащие биотинсинтазу,^[12] обеспечение еще одного источника биотина для каталитического использования. Количество Кишечная палочка которые производят биотин, значительно выше у взрослых, чем у младенцев, что указывает на то, что при оценке потребностей человека в питании следует принимать во внимание микробиом кишечника и стадию развития.^[13]

Рекомендации

1. Рот К.С. (сентябрь 1981 г.). «Биотин в клинической медицине - обзор». Американский журнал клинического питания. 34 (9): 1967–74. Дои:10.1093 / ajcn / 34.9.1967. PMID  6116428.
2. Беркович Ф., Николет Й., Ван Дж. Т., Джарретт Дж. Т., Дреннан С. Л. (январь 2004 г.). «Кристаллическая структура биотинсинтазы, S-аденозилметионин-зависимого радикального фермента». Наука. 303 (5654): 76–9. Bibcode:2004 Наука ... 303 ... 76B. Дои:10.1126 / science.1088493. ЧВК  1456065. PMID  14704425.
3. Коспер М.М., Джеймсон Г.Н., Давыдов Р., Эйдснесс М.К., Хоффман Б.М., Хьюн Б.Х., Джонсон М.К. (ноябрь 2002 г.). «Кластер [4Fe-4S] (2+) в восстановленной биотинсинтазе связывает S-аденозил-L-метионин». Журнал Американского химического общества. 124 (47): 14006–7. Дои:10.1021 / ja0283044. PMID  12440894.
4. Ollagnier-de Choudens S, Sanakis Y, Hewitson KS, Roach P, Münck E, Fontecave M (апрель 2002 г.). «Восстановительное расщепление S-аденозилметионина биотинсинтазой из Escherichia coli». Журнал биологической химии. 277 (16): 13449–54. Дои:10.1074 / jbc.M111324200. PMID  11834738.
5. Bui BT, Florentin D, Fournier F, Ploux O, Méjean A, Marquet A (ноябрь 1998 г.). «Механизм биотинсинтазы: о происхождении серы». Письма FEBS. 440 (1–2): 226–30. Дои:10.1016 / S0014-5793 (98) 01464-1. PMID  9862460. S2CID  33771553.
6. Угулава Н.Б., Саканелл С.Дж., Джарретт Д.Т. (июль 2001 г.). «Спектроскопические изменения во время одного оборота биотинсинтазы: разрушение кластера [2Fe-2S] сопровождает внедрение серы». Биохимия. 40 (28): 8352–8. Дои:10.1021 / bi010463x. ЧВК  1489075. PMID  11444982.
7. Ван С.К., Фрей П.А. (март 2007 г.). «S-аденозилметионин как окислитель: радикальное суперсемейство SAM». Тенденции в биохимических науках. 32 (3): 101–10. Дои:10.1016 / j.tibs.2007.01.002. PMID  17291766.
8. Лотерцо М., Це Сум Буй Б., Флорентин Д., Эскалеттес Ф., Марке А (август 2005 г.). «Механизм биотинсинтазы: обзор». Сделки Биохимического Общества. 33 (Пт 4): 820–3. Дои:10.1042 / BST0330820. PMID  16042606.
9. Джеймсон Г. Н., Коспер М. М., Эрнандес Х. Л., Джонсон М. К., Хьюн Б. Х. (февраль 2004 г.). «Роль кластера [2Fe-2S] в рекомбинантной биотинсинтазе Escherichia coli». Биохимия. 43 (7): 2022–31. Дои:10.1021 / bi035666v. PMID  14967042.
10. Fugate CJ, Jarrett JT (ноябрь 2012 г.). «Биотинсинтаза: понимание радикально-опосредованного образования углерод-серной связи». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика. 1824 (11): 1213–22. Дои:10.1016 / j.bbapap.2012.01.010. PMID  22326745.
11. Земплени Дж., Виджератне С.С., Хасан Ю.И. (январь 2009 г.). «Биотин». БиоФакторы. 35 (1): 36–46. Дои:10.1002 / биоф.8. ЧВК  4757853. PMID  19319844.
12. Лин С., Кронан Дж. Э. (июнь 2011 г.). «Замыкание полных путей биосинтеза биотина». Молекулярные биосистемы. 7 (6): 1811–21. Дои:10.1039 / c1mb05022b. PMID  21437340.
13. Яцуненко Т., Рей Ф. Э., Манари М. Дж., Трехан И., Домингес-Белло М. Г., Контрерас М. и др. (Май 2012 г.). «Микробиом кишечника человека в зависимости от возраста и географии». Природа. 486 (7402): 222–7. Bibcode:2012Натура.486..222л. Дои:10.1038 / природа11053. ЧВК  3376388. PMID  22699611.

дальнейшее чтение

• Шиуан Д., Кэмпбелл А. (июль 1988 г.). «Регуляция транскрипции и расположение генов оперонов биотина Escherichia coli, Citrobacter freundii и Salmonella typhimurium». Ген. 67 (2): 203–11. Дои:10.1016/0378-1119(88)90397-6. PMID  2971595.
• Чжан С., Саньял И., Бульбоака Г.Х., Рич А., Флинт Д.Х. (февраль 1994 г.). «Ген биотинсинтазы из Saccharomyces cerevisiae: клонирование, секвенирование и комплементация штаммов Escherichia coli, лишенных биотинсинтазы». Архивы биохимии и биофизики. 309 (1): 29–35. Дои:10.1006 / abbi.1994.1079. PMID  8117110.
• Трейнор Д.А., Парри Р.Дж., Гиттерман А. (1980). «Биосинтез биотина. 2. Стереохимия введения серы на С-4 детиобиотина». Варенье. Chem. Soc. 102 (4): 1467–1468. Дои:10.1021 / ja00524a064.
• Лотерцо М., Це Сум Буй Б., Флорентин Д., Эскалеттес Ф., Марке А (август 2005 г.). «Механизм биотинсинтазы: обзор». Сделки Биохимического Общества. 33 (Пт 4): 820–3. Дои:10.1042 / BST0330820. PMID  16042606.
• Беркович Ф., Николет Й., Ван Дж. Т., Джарретт Дж. Т., Дреннан С. Л. (январь 2004 г.). «Кристаллическая структура биотинсинтазы, S-аденозилметионин-зависимого радикального фермента». Наука. 303 (5654): 76–9. Bibcode:2004 Наука ... 303 ... 76B. Дои:10.1126 / science.1088493. ЧВК  1456065. PMID  14704425.
• Угулава Н.Б., Гибни Б.Р., Джарретт Дж. Т. (июль 2001 г.). «Биотинсинтаза содержит два различных центра связывания кластеров железа и серы: химический и спектроэлектрохимический анализ взаимных превращений кластеров железа и серы». Биохимия. 40 (28): 8343–51. Дои:10.1021 / bi0104625. ЧВК  1538964. PMID  11444981.

внешняя ссылка

• СМИ, связанные с Биотинсинтаза в Wikimedia Commons