Piruvato descarboxilase
| Piruvato descarboxilase | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||
| Tetrámero da piruvato descarbolxilase. | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| Número EC | 4.1.1.1 | ||||||||
| Número CAS | 9001-04-1 | ||||||||
| Bases de datos | |||||||||
| IntEnz | vista de IntEnz | ||||||||
| BRENDA | entrada de BRENDA | ||||||||
| ExPASy | vista de NiceZyme | ||||||||
| KEGG | entrada de KEGG | ||||||||
| MetaCyc | vía metabólica | ||||||||
| PRIAM | perfil | ||||||||
| Estruturas PDB | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum | ||||||||
| Gene Ontology | AmiGO / EGO | ||||||||
| |||||||||
A piruvato descarboxilase é un encima homotetrámero (EC 4.1.1.1) que cataliza a descarboxilación do ácido pirúvico a acetaldehido e dióxido de carbono no citoplasma de procariotas e eucariotas. Tamén se denomina 2-oxoácido carboxilase, alfa-cetoácido carboxilase e pirúvico descarboxilase.[1] En condicións anaerobias este encima intervén no proceso de fermentación alcohólica que ten lugar nos lévedos, especialmente nos do xénero Saccharomyces, para producir etanol e CO2. Tamén está presente nalgunhas especies de peixes, como a carpa vermella e a carpa común, nas que permite que o animal realice a fermentación alcohólica (xunto coa fermentación láctica) cando escasea o oxíxeno.[2] A piruvato descarboxilase inicia este proceso convertendo o piruvato en acetaldehido e dióxido de carbono.[3] A piruvato descarboxilase depende dos cofactores pirofosfato de tiamina (TPP) e magnesio.
O encima piruvato carboxilase (unha liase) intervén na fermentación formando acetaldehido, e non debe confundirse co encima non relacionado piruvato deshidroxenase, que é unha oxidorredutase (EC 1.2.4.1) que cataliza a descarboxilación oxidativa do piruvato a acetil-CoA, o cal se incorpora ao ciclo de Krebs durante a respiración celular. Tampouco debe confundirse coa piruvato carboxilase mitocondrial (unha ligase, EC 6.4.1.1).
Estrutura[editar | editar a fonte]
A piruvato descarboxilase aparece en forma de dímero de dímeros (polo que ten catro subunidades, formando un tetrámero) con en total dous sitios activos compartidos entre os monómeros de cada dímero. O encima contén unha estrutura de tipo beta-alfa-beta, con follas beta paralelas. Contén 563 residuos de aminoácidos en cada dímero; o encima ten fortes atraccións entre os monómeros de cada dímero, pero os dímeros interaccionan máis debilmente para formar o tetrámero.[4]
Residuos do sitio activo[editar | editar a fonte]
Este encima é un homotetrámero. Os sitios activos están dentro da cavidade que hai no centro do encima, onde se producen enlaces de hidróxeno e o piruvato reacciona co TPP. Cada sitio activo ten 20 aminoácidos, incluíndo o Glu-477 (contribúe á estabilidade do anel de TPP) e Glu-51 (axuda á unión do cofactor). Estes glutamatos tamén contribúen a formar o iluro TTP, actuando como doantes de protóns ao anel de aminopirimidina do TPP. O microambiente que rodea o Glu 477 é moi non-polar, contribuíndo a unha pKa máis alta do normal (as pKa normais do Glu e Asp son de arredor 4,6 en pequenas proteínas).[5]
Os residuos lipófilos Ile-476, Ile-480 e Pro-26 contribúen á non-polaridade da área que rodea o Glu-477. O único outro residuo cargado negativamente ademais do coencima TPP é o Asp-28, que tamén axuda a incrementar a pKa do Glu-477. Así, o ambiente do encima debe permitir que a protonación do grupo gamma-carboxilo do Glu-477 estea arredor do pH 6.[5]
O anel de aminopirimidina do TPP actúa como unha base, unha vez que está na súa forma imina, para arrancar o protón do C2 do TPP para formar o iluro nucleófilo.[4] Isto debe ocorrer porque o encima non ten cadeas laterais básicas alí para desprotonar o C2 do TPP. Unha mutación no sitio activo que afecta a estes Glu pode ter como resultado a ineficiencia ou inactividade do encima. Esta inactividade foi probada en experimentos nos cales se perden os grupos amino N1' e/ou 4'. En análises de RMN determinouse que cando o TPP está unido ao encima xunto coa piruvamida análoga do substrato, a taxa de formación de iluro é maior que a taxa do encima normal. Ademais, a taxa de mutración de Glu 51 a Gln reduce esta taxa significativamente.[4]
Ademais están incluídos o Asp-444 e o Asp-28, que estabilizan o sitio activo. Estes actúan como estabilizadores do ión Mg2+ que está presente en cada sitio activo. Para asegurar que só se une ao piruvato, dous residuos Cys-221 (situada a máis d 20 Å de distancia de cada sitio) e His-92, causan un cambio conformacional que inhibe ou activa o encima dependendo do substrato que interaccione con eles. Se o substrato que se une no sitio activo é piruvato, entón o encima é activado por un cambio conformacional neste sitio regulatorio.[6] O cambio conformacional implica unha adición nucleofílica 1,2. Esta reacción, a formación dun tiocetal, transforma o encima desde a súa forma inactiva ao seu estado activo.
A inhibición do sitio faise por uns inhibidores/análogos do substrato de clase XC6H4CH=CHCOCOOH, así como polos produtos da descarboxilación de tales compostos como cinnamaldehidos. Outros sitios nucleofílicos potenciais para o inhibidor son Cys-152, Asp-28, His-114, His-115 e Gln-477.[6]
A taxa catalitica normal da piruvato descarboxilase é kcat = 10 s−1. Porén, a taxa do encima coa mutación de Glu-51 a Gln é 1,7 s−1.[4]
O grupo prostético TPP[editar | editar a fonte]
O cofactor TPP, C12 H18 N4 O7 P2 S, é necesario para este mecanismo de reacción; actúa como grupo prostético do encima. O átomo de carbono entre os átomos de xofre e nitróxeno no anel tiazol actúa como carbanión que se une ao piruvato. O TPP ten un H+ ácido no seu C2 que actúa como parte funcional do anel de tiazolio; o anel actúa como un "sumidoiro de electróns", que permite que os electróns do carbanión sexan estabilizados por resonancia.[3] O TPP pode despois actuar como nucleófilo coa perda do seu hidróxeno do C2, formando a forma iluro do TPP. Este iluro pode despois atacar o piruvato, o cal é sostido polo encima. Durante a descarboxilación do piruvato, o TPP estabiliza os intermediarios carbanións como un electrófilo por enlaces non covalentes.[4] Concretamente, o nitróxeno piridil N1' e o grupo amino 4' do TPP son esenciais para a función catalitica do complexo encima-TDP.[5]
Mecanismo[editar | editar a fonte]
O encima escinde o piruvato en dióxido de carbono e un fragmento de dous carbonos que está unido ao seu cofactor o TPP. Este fragmento de dous carbonos está unido ao anel de cinco membros do TPP na súa forma iluro. Este é un paso irreversible no cal se crea o acetaldehido que intervén no segundo paso da fermentación alcohólica anaerobia, no cal este aldehido é reducido polo NADH por acción da alcohol deshidroxenase a etanol.[7]
Lévedos[editar | editar a fonte]
En lévedos, a piruvato descarboxilase actúa independentemente durante a fermentación anaerobia e libera o fragmento de dous carbonos como un acetaldehido máis dióxido de carbono. A piruvato descarboxilase é unha das fontes do CO2 que se xera na célula do lévedo, que a célula disipa. Máis tarde, coa contribución dun segundo encima, xérase etanol, que ten uns efectos antibióticos, xa que elimina outros microorganismos competidores.[4] O encima é necesario para axudar á descarboxilación de alfa-cetoácidos porque se produce unha acumulación de carga negativa no seu átomo de carbono carbonilo no estado de transición; por tanto, o encima proporciona o ambiente axeitado para que se encontren o TPP e o alfa-cetoácido (piruvato).[4]
Notas[editar | editar a fonte]
- ↑ "NiceZyme View of ENZYME: EC 4.1.1.1.". ExPASy Proteomics Server. Arquivado dende o orixinal o 16 de maio de 2011.
- ↑ Aren van Waarde; G. Van den Thillart; Maria Verhagen (1993). "Ethanol Formation and pH-Regulation in Fish". Surviving Hypoxia. pp. 157−170. ISBN 0-8493-4226-0. hdl:11370/3196a88e-a978-4293-8f6f-cd6876d8c428.
- ↑ 3,0 3,1 Tadhg P. Begley; McMurry, John (2005). The organic chemistry of biological pathways. Roberts and Co. Publishers. pp. 179. ISBN 0-9747077-1-6.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 PDB 1pyd; Dyda F, Furey W, Swaminathan S, Sax M, Farrenkopf B, Jordan F (June 1993). "Catalytic centers in the thiamin diphosphate dependent enzyme pyruvate decarboxylase at 2.4-A resolution". Biochemistry 32 (24): 6165–70. PMID 8512926. doi:10.1021/bi00075a008.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Lobell M, Crout DH (1996). "Pyruvate Decarboxylase: A Molecular Modeling Study of Pyruvate Decarboxylation and Acyloin Formation". J. Am. Chem. Soc. 118 (8): 1867–1873. doi:10.1021/ja951830t.
- ↑ 6,0 6,1 Baburina I, Dikdan G, Guo F, Tous GI, Root B, Jordan F (February 1998). "Reactivity at the substrate activation site of yeast pyruvate decarboxylase: inhibition by distortion of domain interactions". Biochemistry 37 (5): 1245–55. PMID 9477950. doi:10.1021/bi9709912.
- ↑ H., Garrett, Reginald (2013). Biochemistry. Grisham, Charles M. (5th ed.). Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Learning. ISBN 9781133106296. OCLC 777722371.
Véxase tamén[editar | editar a fonte]
Ligazóns externas[editar | editar a fonte]
- Pyruvate Decarboxylase Medical Subject Headings (MeSH) na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.
