Piruvato descarboxilasa - Pyruvate decarboxylase
| Piruvato descarboxilasa | |||||||||
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 Reacción catalizada por piruvato descarboxilasa:
piruvato + pirofosfato de tiamina (TPP) → hidroxietil-TPP + CO 2 | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| CE no. | 4.1.1.1 | ||||||||
| No CAS. | 9001-04-1 | ||||||||
| Bases de datos | |||||||||
| IntEnz | Vista IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Entrada BRENDA | ||||||||
| FÁCIL | NiceZyme vista | ||||||||
| KEGG | Entrada KEGG | ||||||||
| MetaCyc | camino metabólico | ||||||||
| PRIAM | perfil | ||||||||
| Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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La piruvato descarboxilasa es una enzima ( EC 4.1.1.1 ) que cataliza la descarboxilación del ácido pirúvico a acetaldehído . También se llama carboxilasa 2-oxoácido, carboxilasa alfa-cetoácido y descarboxilasa pirúvica. En condiciones anaeróbicas, esta enzima participa en el proceso de fermentación que ocurre en las levaduras, especialmente del género Saccharomyces , para producir etanol por fermentación. También está presente en algunas especies de peces (incluidos los peces de colores y la carpa ) donde permite que los peces realicen la fermentación del etanol (junto con la fermentación del ácido láctico) cuando el oxígeno es escaso. La piruvato descarboxilasa inicia este proceso convirtiendo el piruvato en acetaldehído y dióxido de carbono. La piruvato descarboxilasa depende de los cofactores pirofosfato de tiamina (TPP) y magnesio. Esta enzima no debe confundirse con la enzima piruvato deshidrogenasa no relacionada , una oxidorreductasa ( EC 1.2.4.1 ), que cataliza la descarboxilación oxidativa del piruvato a acetil-CoA .
Estructura
La piruvato descarboxilasa se presenta como un dímero de dímeros con dos sitios activos compartidos entre los monómeros de cada dímero. La enzima contiene una estructura beta-alfa-beta, produciendo hojas beta paralelas. Contiene 563 subunidades de residuos en cada dímero; la enzima tiene fuertes atracciones intermonoméricas, pero los dímeros interactúan libremente para formar un tetrámero suelto.
Diagrama de dibujos animados de monómero de piruvato descarboxilasa con TPP adjunto.
Diagrama de dibujos animados de tetrámero de piruvato descarboxilasa.
Sitio activo de la piruvato descarboxilasa con aminoácidos seleccionados: Glu-51, Glu-477, Asp-444 y Asp-28. También se muestran los cofactores TPP y Mg 2+ .
Posiciones de los residuos de His y Cys con respecto al sitio activo (TPP y Mg) que participan en cambios de conformación cuando interactúan con el sustrato de piruvato.
Residuos del sitio activo
Cada sitio activo tiene 20 residuos de aminoácidos, incluido el ácido Glu-477, que interactúa con el anillo TPP, y Glu-51, que participa en la unión del cofactor. Estos glutamatos también estabilizan el ylid de TPP, actuando como donantes de protones. El entorno no polar alrededor de este Glu 477 es no polar, lo que contribuye a una más alta que pK normal de un (normales de Glu y Asp de pKa son alrededor de 4,6 en las proteínas pequeñas).
Los residuos lipofílicos Ile-476, Ile-480 y Pro-26 contribuyen a la no polaridad del área alrededor de Glu-477. El único otro residuo cargado negativamente aparte de la coenzima TPP es el Asp-28, que también ayuda a aumentar el pK a de Glu-477. Por tanto, el entorno de la enzima debe permitir que la protonación del grupo gamma-carboxilo de Glu-477 sea de alrededor de pH 6.
El anillo de aminopirimidina en TPP actúa como una base, una vez en su forma imina, para extraer el protón C2 de TPP para formar el iluro nucleófilo . Esto debe ocurrir porque la enzima no tiene cadenas laterales básicas presentes para desprotonar la TPP C2. Una mutación en el sitio activo que involucre a estos Glu puede resultar en la ineficiencia o inactividad de la enzima. Esta inactividad se ha demostrado en experimentos en los que faltan los grupos amino N1 'y / o 4'. En el análisis de RMN, se ha determinado que cuando TPP se une a la enzima junto con el análogo de subestado piruvamida, la velocidad de formación de ilidos es mayor que la velocidad normal de la enzima. Además, la tasa de mutación de Glu 51 a Gln reduce esta tasa significativamente.
Los residuos Asp-444 y Asp-28 se unen al Mg 2+ . Dos Cys-221 (a más de 20 Ångstroms de cada sitio) e His-92 desencadenan un cambio conformacional , que inhibe o activa la enzima según la disponibilidad del sustrato. Si el sustrato unido al sitio activo es piruvato, la enzima se activa mediante un cambio conformacional en este sitio regulador . El cambio conformacional implica una adición de 1,2 nucleofílicos. Esta reacción, la formación de un tiocetal, transforma la enzima de su estado inactivo a activo.
La inhibición del sitio se realiza mediante una clase de inhibidores / análogos de sustrato XC 6 H 4 CH = CHCOCOOH, así como mediante el producto de descarboxilación de compuestos tales como cinamaldehídos. Otros sitios nucleofílicos potenciales para el inhibidor incluyen Cys-152, Asp-28, His-114, His-115 y Gln-477.
La tasa catalítica normal de piruvato descarboxilasa es k cat = 10 s −1 . Sin embargo, la tasa de la enzima con una mutación de Glu-51 a Gln es 1,7 s -1 .
Grupo protésico TPP
El cofactor TPP es el grupo protésico de la enzima. El centro de CH ubicado entre los átomos de azufre y nitrógeno en el anillo de tiazol es ácido. Tras la desprotonación, genera un iluro y el mismo centro de carbono adquiere carácter de carbanión (es decir, se carga negativamente). El carbono cetona del piruvato se une a este nucleófilo. Durante la descarboxilación del piruvato, el TPP estabiliza los intermedios de carbanión como un electrófilo mediante enlaces no covalentes. Específicamente, el nitrógeno piridílico N1 'y el grupo 4'-amino de TPP son esenciales para la función catalítica del complejo enzima-TDP.
Mecanismo
La enzima divide el piruvato en dióxido de carbono y acetaldehído. La reacción procede por el ataque del carbono carbenoide nucleofílico en el grupo ceto. Este intermedio pierde CO 2 , dando un aducto enólico de acetaldehído. Este paso es irreversible. Posteriormente se libera acetaldehído libre.
Levadura
En la levadura , la piruvato descarboxilasa actúa de forma independiente durante la fermentación anaeróbica y libera el fragmento de 2 carbonos como acetaldehído más dióxido de carbono. La piruvato descarboxilasa crea los medios de eliminación de CO 2 , que la célula disipa. La enzima también es un medio para crear etanol, que se utiliza como antibiótico para eliminar los organismos competidores. La enzima es necesaria para ayudar a la descarboxilación de alfa-cetoácidos porque hay una acumulación de carga negativa que ocurre en el átomo de carbono del carbonilo en el estado de transición; por lo tanto, la enzima proporciona el entorno adecuado para que el TPP y el alfa-cetoácido (piruvato) se encuentren.
Referencias
enlaces externos
- Piruvato + descarboxilasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
