Biotinsyntas

Biotin Syntas
Biotin Syntas Kristallstruktur
Identifierare
EG nr.	2.8.1.6
CAS-nr.	80146-93-6
Databaser
IntEnz	IntEnz-vy
BRENDA	BRENDA inträde
ExPASy	NiceZyme-vy
KEGG	KEGG inträde
MetaCyc	Metabolisk väg
PRIAM	profil
PDB- strukturer	RCSB PDB PDBe PDB summa
Genontologi	AmiGO / QuickGO
Sök PMC artiklar PubMed artiklar NCBI proteiner

Biotinsyntas (BioB) ( EC 2.8.1.6 ) är ett enzym som katalyserar omvandlingen av detiobiotin (DTB) till biotin; detta är det sista steget i biotinets biosyntesväg . Biotin , även känd som vitamin B7, är en kofaktor som används i karboxylerings- , dekarboxylerings- och transkarboxyleringsreaktioner i många organismer inklusive människor. Biotinsyntas är ett S-Adenosylmetionin (SAM)-beroende enzym som använder en radikal mekanism för att tiolera detiobiotin och på så sätt omvandla det till biotin.

Detta radikala SAM- enzym tillhör familjen transferaser , speciellt svaveltransferaserna, som överför svavelinnehållande grupper. Det systematiska namnet på denna enzymklass är detiobiotin:svavelsulfurtransferas . Detta enzym deltar i biotinmetabolismen . Den använder en kofaktor , järn-svavel .

Strukturera

Det biotinsyntasaktiva stället med [2Fe-2S] och [4Fe-4S]-kluster visas tillsammans med detiobiotin (lila) och S-Adenosylmetionin (rött)

2004 bestämdes kristallstrukturen för biotinsyntas i komplex med SAM och detiobiotin till en upplösning på 3,4 ångström. Den preliminära anslutningskoden för denna struktur är 1R30 . Proteinet är en homodimer , vilket betyder att det är sammansatt av två identiska aminosyrakedjor som viker sig samman för att bilda biotinsyntas. Varje monomer i strukturen som visas i figuren innehåller ett TIM-rör med ett [4Fe-4S] ²⁺ -kluster, SAM och ett [2Fe-2S] ²⁺ -kluster.

[4Fe-4S] ²⁺ -klustret används som en katalytisk kofaktor , direkt koordinerande till SAM. Orbital överlappning mellan SAM och en unik Fe-atom på [4Fe-4S] ²⁺ -klustret har observerats. Den förutsagda rollen för [4Fe-4S] ²⁺ kofaktorn är att överföra en elektron till SAM genom en inre sfärmekanism, vilket tvingar den till ett instabilt högenergitillstånd som i slutändan leder till bildandet av 5'deoxiadenosylradikalen .

[2Fe-2S] ²⁺ -klustret tros tillhandahålla en svavelkälla från vilken DTB kan tioleras. Isotopmärkning och spektroskopiska studier visar förstörelse av [2Fe-2S] ²⁺ -klustret åtföljer BioB-omsättning, vilket indikerar att det sannolikt är svavel från [2Fe-2S] ²⁺ som införlivas i DTB för att bilda biotin.

Mekanism

På bilden är den detaljerade föreslagna mekanismen för biotinsyntas.

Reaktionen katalyserad av biotinsyntas kan sammanfattas enligt följande:

detiobiotin + svavel + 2 S-adenosyl-L-metionin $\rightleftharpoons$ biotin + 2 L-metionin + 2 5'-deoxiadenosin

Den föreslagna mekanismen för biotinsyntas börjar med en elektronöverföring i den inre sfären från svavlet på SAM, vilket minskar [4Fe-4S] ²⁺ -klustret. Detta resulterar i en spontan CS- bindningsklyvning , som genererar en 5'-deoxiadenosylradikal (5'-dA). Denna kolradikal abstraherar ett väte från detiobiotin och bildar en detiobiotinyl C9 kolradikal, som omedelbart släcks genom bindning till en svavelatom på [2Fe-2S] ²⁺ . Detta reducerar en av järnatomerna från Fe ^III till Fe ^II . Vid denna tidpunkt byts 5'-deoxiadenosyl och metionin som bildades tidigare mot en andra ekvivalent av SAM. Reduktiv klyvning genererar ytterligare en 5'-deoxiadenosylradikal, som abstraherar ett väte från C6 av detiobiotin. Denna radikal angriper svavlet som är fäst vid C9 och bildar tiofanringen av biotin, och lämnar efter sig en instabil diferro-kluster som sannolikt dissocierar.

Användningen av en oorganisk svavelkälla är ganska ovanlig för biosyntetiska reaktioner som involverar svavel. Emellertid innehåller detiobiotin opolära , oaktiverade kolatomer vid platserna för önskad CS-bindningsbildning. Bildandet av 5'-dA-radikalen möjliggör väteabstraktion av de oaktiverade kolen på DTB, vilket lämnar efter sig aktiva kolradikaler redo att funktionaliseras. Av naturen tillåter radikalkemi kedjereaktioner eftersom radikaler lätt släcks genom bildning av CH-bindningar, vilket resulterar i en annan radikal på atomen vätet kom från. Vi kan överväga möjligheten att en fri sulfid, alkantiol eller alkanpersulfid används som svaveldonator för DTB. Vid fysiologiskt pH skulle dessa alla protoneras, och kolradikalen skulle sannolikt släckas genom väteatomöverföring snarare än genom CS-bindningsbildning.

Relevans för människor

Biotinsyntas finns inte hos människor . Eftersom biotin är en viktig kofaktor för många enzymer måste människor konsumera biotin genom kosten från mikrobiella och växtkällor . Den mänskliga tarmmikrobiomet har emellertid visat sig innehålla Escherichia coli som innehåller biotinsyntas, vilket ger en annan källa till biotin för katalytisk användning. Mängden E. coli som producerar biotin är betydligt högre hos vuxna än hos spädbarn, vilket indikerar att tarmmikrobiomet och utvecklingsstadiet bör beaktas vid bedömningen av en persons näringsbehov.

Vidare läsning

•   Shiuan D, Campbell A (juli 1988). "Transkriptionell reglering och genarrangemang av Escherichia coli, Citrobacter freundii och Salmonella typhimurium biotinoperoner". Gene . 67 (2): 203–11. doi : 10.1016/0378-1119(88)90397-6 . PMID 2971595 .
•   Zhang S, Sanyal I, Bulboaca GH, Rich A, Flint DH (februari 1994). "Genen för biotinsyntas från Saccharomyces cerevisiae: kloning, sekvensering och komplementering av Escherichia coli-stammar som saknar biotinsyntas". Arkiv för biokemi och biofysik . 309 (1): 29–35. doi : 10.1006/abbi.1994.1079 . PMID 8117110 .
• Trainor DA, Parry RJ, Gitterman A (1980). "Biotinbiosyntes. 2. Stereokemi av svavelintroduktion vid C-4 av detiobiotin". J. Am. Chem. Soc . 102 (4): 1467–1468. doi : 10.1021/ja00524a064 .
•   Lotierzo M, Tse Sum Bui B, Florentin D, Escalettes F, Marquet A (augusti 2005). "Biotinsyntasmekanism: en översikt". Transaktioner i det biokemiska samhället . 33 (Pt 4): 820–3. doi : 10.1042/BST0330820 . PMID 16042606 .
•    Berkovitch F, Nicolet Y, Wan JT, Jarrett JT, Drennan CL (januari 2004). "Kristallstruktur av biotinsyntas, ett S-adenosylmetioninberoende radikalenzym" . Vetenskap . 303 (5654): 76–9. Bibcode : 2004Sci...303...76B . doi : 10.1126/science.1088493 . PMC 1456065 . PMID 14704425 .
•    Ugulava NB, Gibney BR, Jarrett JT (juli 2001). "Biotinsyntas innehåller två distinkta bindningsställen för järn-svavelkluster: kemisk och spektroelektrokemisk analys av omvandlingar av järn-svavelkluster" . Biokemi . 40 (28): 8343–51. doi : 10.1021/bi0104625 . PMC 1538964 . PMID 11444981 .

externa länkar

• Media relaterade till biotinsyntas på Wikimedia Commons