Биотинсинтаза | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Кристаллическая структура биотинсинтазы | |||||||||
Идентификаторы | |||||||||
Номер ЕС | 2.8.1.6 | ||||||||
Номер CAS | 80146-93-6 | ||||||||
Базы данных | |||||||||
IntEnz | Представление IntEnz | ||||||||
BRENDA | Запись BRENDA | ||||||||
ExPASy | Представление NiceZyme | ||||||||
KEGG | запись KEGG | ||||||||
MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
PRIAM | профиль | ||||||||
PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
Онтология генов | AmiGO / QuickGO | ||||||||
|
Биотинсинтаза (BioB) (EC 2.8.1.6 ) представляет собой фермент, который катализирует превращение детиобиотина (DTB) в биотин; это последний этап биосинтетического пути биотина . Биотин, также известный как витамин B7, является кофактором, используемым в реакциях карбоксилирования, декарбоксилирования и транскарбоксилирования у многих организмов, включая человека. Биотинсинтаза представляет собой S-аденозилметионин (SAM) -зависимый фермент, который использует радикальный механизм до тиолат детиобиотина, таким образом превращая его в биотин.
Этот радикальный фермент SAM принадлежит к семейству трансфераз, в частности серотрансфераз, которые переносят серосодержащие группы. систематическое название этого класса ферментов - детиобиотин: серосеротрансфераза . Этот фермент участвует в метаболизме биотина. В нем используется один кофактор, железо-сера.
2004 г. кристаллическая структура биотинсинтазы в комплексе с SAM и детиобиотином была определена с разрешением 3,4 ангстрем. Код доступа PDB для этой структуры - 1R30. Белок представляет собой гомодимер, что означает, что он состоит из двух идентичных аминокислотных цепей, которые складываются вместе с образованием биотинсинтазы. Каждый мономер в структуре, показанной на рисунке, содержит цилиндр TIM с кластером [4Fe-4S], SAM и кластер [2Fe-2S].
Кластер [4Fe-4S] используется в качестве каталитического кофактора, непосредственно взаимодействующего с SAM. Наблюдалось перекрытие орбиталей SAM и уникального атома Fe на кластере [4Fe-4S]. Предполагаемая роль кофактора [4Fe-4S] заключается в переносе электрона на SAM через механизм внутренней сферы, переводя его в нестабильное высокоэнергетическое состояние, что в конечном итоге приводит к образованию 5'-дезоксиаденозильного радикала.
Считается, что кластер [2Fe-2S] является источником серы для тиолата DTB. Изотопное мечение и спектроскопические исследования показывают, что разрушение кластера [2Fe-2S] сопровождает оборот BioB, указывая на то, что это, вероятно, сера из [2Fe-2S], которая включается в DTB с образованием биотина.
Реакцию, катализируемую биотинсинтазой, можно резюмировать следующим образом:
детиобиотин + сера + 2 S-аденозил-L-метионин биотин + 2 L-метионин + 2 5'-дезоксиаденозин
Предлагаемый механизм биотинсинтазы начинается с переноса электрона внутри сферы из серы на SAM, восстанавливая кластер [4Fe-4S]. Это приводит к спонтанному разрыву связи C-S с образованием 5’-дезоксиаденозильного радикала (5’-dA). Этот углеродный радикал отщепляет водород от детиобиотина, образуя углеродный радикал C9-детиобиотинил, который немедленно гасится за счет связывания с атомом серы на [2Fe-2S]. Это восстанавливает один из атомов железа с Fe до Fe. 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 двухкомпонентный кластер, который, вероятно, диссоциирует.
Использование неорганического источника серы довольно необычно для биосинтеза. реакции с участием серы. Однако детиобиотин содержит неполярные 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, в результате чего на атоме, откуда происходит водород, образуется другой радикал. 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 подавлен переносом атома водорода, а не образованием связи CS.
Биотинсинтаза не обнаружена в люди. Поскольку биотин является важным кофактором для многих ферментов, люди должны потреблять биотин с пищей из микробных и растительных источников. Однако было показано, что микробиом кишечника человека содержит Escherichia coli, которые действительно содержат биотинсинтазу, обеспечивая еще один источник биотина для каталитического использования. Количество кишечной палочки, вырабатывающей биотин, у взрослых значительно выше, чем у младенцев, что указывает на то, что при оценке потребностей человека в питании следует учитывать микробиом кишечника и стадию развития.