Carbamoil fosfato sintetase - Carbamoyl phosphate synthetase
| Domínio de ligação de ATP da subunidade grande da CPSase | |||||||||
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 a estrutura da biotina carboxilase, mutante e288k, complexada com atp
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | CPSase_L_D2 | ||||||||
| Pfam | PF02786 | ||||||||
| Clã Pfam | CL0179 | ||||||||
| InterPro | IPR005479 | ||||||||
| PRÓSITO | PDOC00676 | ||||||||
| SCOP2 | 1bnc / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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| Domínio de oligomerização de subunidade grande CPSase | |||||||||
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 estrutura da carbamoil fosfato sintetase complexada com o análogo atp amppnp
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | CPSase_L_D3 | ||||||||
| Pfam | PF02787 | ||||||||
| InterPro | IPR005480 | ||||||||
| PRÓSITO | PDOC00676 | ||||||||
| SCOP2 | 1bnc / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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| Domínio N-terminal de subunidade grande CPSase | |||||||||
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 estrutura cristalina da subunidade de biotina carboxilase da piruvato carboxilase
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | CPSase_L_chain | ||||||||
| Pfam | PF00289 | ||||||||
| InterPro | IPR005481 | ||||||||
| PRÓSITO | PDOC00676 | ||||||||
| SCOP2 | 1bnc / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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| Domínio N-terminal de subunidade pequena CPSase | |||||||||
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 inativação da atividade amidotransferase da carbamoil fosfato sintetase pelo antibiótico acivicina
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | CPSase_sm_chain | ||||||||
| Pfam | PF00988 | ||||||||
| InterPro | IPR002474 | ||||||||
| PRÓSITO | PDOC00676 | ||||||||
| SCOP2 | 1jdb / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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A carbamoil fosfato sintetase catalisa a síntese dependente de ATP de carbamoil fosfato a partir da glutamina ( EC 6.3.5.5 ) ou amônia ( EC 6.3.4.16 ) e bicarbonato. Esta enzima catalisa a reação de ATP e bicarbonato para produzir carboxi fosfato e ADP . O fosfato de carboxi reage com a amônia para dar ácido carbâmico . Por sua vez, o ácido carbâmico reage com um segundo ATP para dar carbamoil fosfato mais ADP .
Representa a primeira etapa comprometida na biossíntese de pirimidina e arginina em procariotos e eucariotos, e no ciclo da ureia na maioria dos vertebrados terrestres . A maioria dos procariotos carrega uma forma de CPSase que participa da biossíntese de arginina e pirimidina, no entanto, certas bactérias podem ter formas separadas.
Existem três formas diferentes que atendem a funções muito diferentes:
- Carbamoil fosfato sintetase I (mitocôndria, ciclo da ureia )
- Carbamoil fosfato sintetase II (citosol, metabolismo da pirimidina ).
- Carbamoil fosfato sintetase III (encontrado em peixes).
Mecanismo
A carbamoil fosfato sintase tem três etapas principais em seu mecanismo e é, em essência, irreversível.
- O íon bicarbonato é fosforilado com ATP para criar carboxilfosfato.
- O carboxilfosfato então reage com a amônia para formar ácido carbâmico, liberando fosfato inorgânico.
- Uma segunda molécula de ATP então fosforila o ácido carbâmico, criando fosfato de carbamoil.
A atividade da enzima é conhecida por ser inibida por ambos os tampões Tris e HEPES .
Estrutura
Carbamoil fosfato sintase (CPSase) é uma enzima heterodimérica composta por uma pequena e uma grande subunidade (com exceção da CPSase III, que é composta por um único polipeptídeo que pode ter surgido da fusão gênica dos domínios glutaminase e sintetase ). O CPSase possui três sítios ativos , um na subunidade pequena e dois na subunidade grande. A pequena subunidade contém o sítio de ligação da glutamina e catalisa a hidrólise da glutamina em glutamato e amônia , que por sua vez é usada pela grande cadeia para sintetizar carbamoil fosfato. A pequena subunidade tem uma estrutura beta / beta / alfa de 3 camadas e acredita-se que seja móvel na maioria das proteínas que a carregam. O domínio C-terminal da pequena subunidade da CPSase possui atividade glutamina amidotransferase. A subunidade grande possui dois domínios de carboxifosfato homólogos , ambos com locais de ligação de ATP ; no entanto, o fosfato de carboxi do terminal N do domínio catalisa a fosforilação de biocarbonate, enquanto o domínio C-terminal de catalisa a fosforilação do carbamato intermediário . O domínio carboxi fosfato encontrado duplicado na subunidade grande de CPSase também está presente como uma única cópia nas enzimas dependentes de biotina acetil-CoA carboxilase (ACC), propionil-CoA carboxilase (PCCase), piruvato carboxilase (PC) e uréia carboxilase .
A grande subunidade na CPSase bacteriana tem quatro domínios estruturais : o domínio carboxifosfato 1, o domínio de oligomerização, o domínio carbamoil fosfato 2 e o domínio alostérico. Os heterodímeros da CPSase de Escherichia coli contêm dois túneis moleculares: um túnel de amônia e um túnel de carbamato. Esses túneis interdomínios conectam os três sítios ativos distintos e funcionam como condutos para o transporte de intermediários de reação instáveis (amônia e carbamato) entre sítios ativos sucessivos . O mecanismo catalítico da CPSase envolve a difusão de carbamato através do interior da enzima do local de síntese dentro do domínio N-terminal da subunidade grande para o local de fosforilação dentro do domínio C-terminal.
Referências
- ^ Simmer JP, Kelly RE, Scully JL, Evans DR, Rinker Jr AG (1990). "Mammalian carbamil fosfato sintetase (CPS). Sequência de DNA e evolução do domínio CPS da proteína CAD multifuncional de hamster sírio". J. Biol. Chem . 265 (18): 10395–10402. PMID 1972379 .
- ^ a b Holden HM, Thoden JB, Raushel FM (outubro de 1999). "Carbamoyl fosfato sintetase: uma incrível odisséia bioquímica do substrato ao produto". Célula. Mol. Life Sci . 56 (5–6): 507–22. doi : 10.1007 / s000180050448 . PMID 11212301 . S2CID 23446378 .
- ^ a b Saha N, Datta S, Kharbuli ZY, Biswas K, Bhattacharjee A (julho de 2007). "O peixe-gato que respira ar, Clarias batrachus, regula positivamente a glutamina sintetase e a carbamilfosfato sintetase III durante a exposição a níveis elevados de amônia externa". Comp. Biochem. Physiol. B, Biochem. Mol. Biol . 147 (3): 520–30. doi : 10.1016 / j.cbpb.2007.03.007 . PMID 17451989 .
- ^ Bioquímica, 3ª edição, JM Berg, JL Tymoczko, L. Stryer
- ^ Lund, P .; Wiggins, D. (1987). "Inibição de carbamoil-fosfato sintase (amônia) por Tris e Hepes. Efeito em Ka para N-acetilglutamato" . Biochem. J . 243 (1): 273–276. doi : 10.1042 / bj2430273 . PMC 1147843 . PMID 3606575 .
- ^ Raushel FM, Thoden JB, Holden HM (junho de 1999). "A família de enzimas amidotransferase: máquinas moleculares para a produção e distribuição de amônia". Bioquímica . 38 (25): 7891–9. doi : 10.1021 / bi990871p . PMID 10387030 .
- ^ Stapleton MA, Javid-Majd F, Harmon MF, Hanks BA, Grahmann JL, Mullins LS, Raushel FM (novembro de 1996). "Papel dos resíduos conservados dentro do domínio carboxi fosfato da carbamoil fosfato sintetase". Bioquímica . 35 (45): 14352–61. doi : 10.1021 / bi961183y . PMID 8916922 .
- ^ Thoden JB, Raushel FM, Benning MM, Rayment I, Holden HM (janeiro de 1999). "A estrutura da carbamoil fosfato sintetase determinada para resolução de 2,1 A". Acta Crystallogr. D . 55 (Pt 1): 8–24. doi : 10.1107 / S0907444998006234 . PMID 10089390 .
- ^ Kim J, Howell S, Huang X, Raushel FM (outubro de 2002). "Defeitos estruturais no túnel do carbamato da carbamoil fosfato sintetase". Bioquímica . 41 (42): 12575–81. doi : 10.1021 / bi020421o . PMID 12379099 .
