13.5 D: Biotin je CO2-plnění koenzym

Připomeňme si z kapitoly 6.5 B, že mnoho enzymů jsou závislé na pomoci a koenzymů, což jsou malé (v poměru k proteinu) organické molekuly, které se vážou – kovalentně nebo nekovalentně – do aktivního místa enzymu, a pomůže to urychlit jeho reakce. S-adenosylmethionin (SAM, oddíl 9.1 A) a ATP (oddíl 10.2) jsou dva příklady, se kterými jsme se dosud setkali, a v následujících kapitolách uvidíme několik dalších. I když Rubisco (popsáno v části B tohoto oddílu) je výjimka, většina enzymů, které katalyzují carboxylation reakce jsou závislé na koenzym biotin, který slouží jako dočasný nosič z oxidu uhličitého.

pyruvátkarboxyláza, enzym katalyzující první krok gluconeogensis dráhy, je dobrým příkladem biotin-dependentní carboxylation reakce. Všimněte si, že CO2 v této reakci pochází z hydrogenuhličitanu, na rozdíl od reakce Rubisco, při které je CO2 „fixován“ přímo z atmosféry.

Biotin je kovalentně připojen k enzymu prostřednictvím amidové vazby na aktivní místo lysinu.

přesný mechanismus, kterým biotin-dependentní carboxylation reakce působí, je stále ještě není zcela znám, nicméně toto je pravděpodobně obraz. Nejprve je hydrogenuhličitanový ion fosforylován ATP (Krok 1, viz bod 10.2), a proto je aktivován pro dekarboxylaci, která vytváří volný CO2 (Krok 2).

Biotin úkolem je držet na oxid uhličitý molekula, dokud pyruvát vstupuje do aktivního místa. Karboxylaci biotin zahrnuje deprotonation amidového dusíku tvoří enolate-jako meziproduktu (krok 3 – amidy mají pKa přibližně 17, a to je snížena přítomností aktivní stránky kyseliny v blízkosti kyslíku). Po tomto kroku následuje útok nukleofilního dusíku na oxid uhličitý za vzniku karboxybiotinylovaného enzymu (Krok 4).

Když pyruvát molekula váže, uspořádání aktivního místa architektura způsobuje, že předchozí krok jít v opačném směru (krok 5), uvolnění CO2 a generování biotin základnu deprotonate alfa-uhlíku pyruvát tak, že to může kondenzovat, v aldolové-jako móda, s CO2 k formě oxalacetátu (kroky 6-7).

Pokud jste studovali nějaký biochemie, možná jste slyšeli o biotin v poněkud jiné souvislosti, že to, co je popsáno v tomto oddíle. Bílkovinu zvanou avidin, nalezený v hojnosti v vaječného bílku, se váže nekovalentně a velmi pevně na biotin (avidin-biotin je nejtěsnější protein-ligand vazebné dvojice známo, věda). Biochemici se často, aby použití tohoto majetku kovalentně spojují molekuly zájmu biotin. „Biotinylované“ druhy pak mohou být snadno izolovány ze složité směsi tím, že se směs protéká „afinitní kolonou“, která je potažena avidinem.