Pyruvate décarboxylase - Pyruvate decarboxylase
| Pyruvate décarboxylase | |||||||||
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 Réaction catalysée par la pyruvate décarboxylase:
pyruvate + thiamine pyrophosphate (TPP) → hydroxyéthyl-TPP + CO 2 | |||||||||
| Identifiants | |||||||||
| CE no. | 4.1.1.1 | ||||||||
| N ° CAS. | 9001-04-1 | ||||||||
| Bases de données | |||||||||
| IntEnz | Vue IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Entrée BRENDA | ||||||||
| ExPASy | Vue NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Entrée KEGG | ||||||||
| MetaCyc | voie métabolique | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| Structures PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Ontologie des gènes | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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La pyruvate décarboxylase est une enzyme ( EC 4.1.1.1 ) qui catalyse la décarboxylation de l'acide pyruvique en acétaldéhyde . Il est également appelé carboxylase 2-oxo-acide, alpha-cétoacide carboxylase et décarboxylase pyruvique. En conditions anaérobies, cette enzyme participe au processus de fermentation qui se produit chez les levures, notamment du genre Saccharomyces , pour produire de l' éthanol par fermentation. Il est également présent dans certaines espèces de poissons (y compris le poisson rouge et la carpe ) où il permet au poisson d'effectuer une fermentation à l'éthanol (avec fermentation à l'acide lactique) lorsque l'oxygène est rare. La pyruvate décarboxylase démarre ce processus en convertissant le pyruvate en acétaldéhyde et en dioxyde de carbone. La pyruvate décarboxylase dépend des cofacteurs thiamine pyrophosphate (TPP) et magnésium. Cette enzyme ne doit pas être confondue avec l'enzyme non apparentée pyruvate déshydrogénase , une oxydoréductase ( EC 1.2.4.1 ), qui catalyse la décarboxylation oxydative du pyruvate en acétyl-CoA .
Structure
La pyruvate décarboxylase se présente sous la forme d'un dimère de dimères avec deux sites actifs partagés entre les monomères de chaque dimère. L'enzyme contient une structure bêta-alpha-bêta, produisant des feuillets bêta parallèles. Il contient 563 sous-unités de résidus dans chaque dimère; l'enzyme a de fortes attractions intermonomères, mais les dimères interagissent de manière lâche pour former un tétramère lâche.
Diagramme de dessin animé du monomère de pyruvate décarboxylase avec TPP attaché.
Diagramme de dessin animé de tétramère de pyruvate décarboxylase.
Site actif de la pyruvate décarboxylase avec des acides aminés sélectionnés: Glu-51, Glu-477, Asp-444 et Asp-28. Les cofacteurs TPP et Mg 2+ sont également affichés .
Positions des résidus His et Cys par rapport au site actif (TPP et Mg) qui participent aux changements de conformation lors de l'interaction avec le substrat de pyruvate.
Résidus de site actif
Chaque site actif possède 20 résidus d'acides aminés, dont le Glu-477 acide, qui interagit avec le cycle TPP, et le Glu-51, qui participe à la liaison du cofacteur. Ces glutamates stabilisent également l'ylide de TPP, agissant en tant que donneurs de protons. L'environnement non polaire autour de cette Glu 477 est apolaire, ce qui contribue à un plus élevé que la normale pK un (Glu normal et pKa Asp sont environ 4,6 dans les petites protéines).
Les résidus lipophiles Ile-476, Ile-480 et Pro-26 contribuent à la non polarité de la zone autour de Glu-477. Le seul autre résidu chargé négativement en dehors de TPP est le co - enzyme Asp-28, ce qui contribue également à l' augmentation de la pK un de Glu-477. Ainsi, l'environnement de l'enzyme doit permettre que la protonation du groupe gamma-carboxyle du Glu-477 soit d'environ pH 6.
Le cycle aminopyrimidine sur TPP agit comme une base, une fois sous sa forme imine, pour extraire le proton C2 de TPP pour former l' ylure nucléophile . Cela doit se produire parce que l'enzyme n'a pas de chaînes latérales basiques présentes pour déprotoner le TPP C2. Une mutation sur le site actif impliquant ces Glu peut entraîner l'inefficacité ou l'inactivité de l'enzyme. Cette inactivité a été prouvée dans des expériences dans lesquelles les groupes N1 'et / ou 4'-amino sont manquants. Dans l'analyse RMN, il a été déterminé que lorsque le TPP est lié à l'enzyme avec le pyruvamide analogue du sous-état, le taux de formation d'ylide est supérieur au taux d'enzyme normal. De plus, le taux de mutation de Glu 51 en Gln réduit ce taux de manière significative.
Les résidus Asp-444 et Asp-28 se lient au Mg 2+ . Deux Cys-221 (à plus de 20 Ångströms de chaque site) et His-92 déclenchent un changement de conformation , qui inhibe ou active l'enzyme en fonction de la disponibilité du substrat. Si le substrat lié dans le site actif est le pyruvate, l'enzyme est activée par un changement de conformation dans ce site régulateur . Le changement conformationnel implique une addition 1,2 nucléophile. Cette réaction, la formation d'un thiocétal, transforme l'enzyme de son état inactif à son état actif.
L'inhibition du site est effectuée par une classe XC 6 H 4 CH = CHCOCOOH d'inhibiteurs / analogues de substrat, ainsi que par le produit de la décarboxylation à partir de composés tels que les cinnamaldéhydes. D'autres sites nucléophiles potentiels pour l'inhibiteur comprennent Cys-152, Asp-28, His-114, His-115 et Gln-477.
Le taux catalytique normal de la pyruvate décarboxylase est de k cat = 10 s -1 . Cependant, le taux de l'enzyme avec une mutation Glu-51 en Gln est de 1,7 s -1 .
Groupe prothétique TPP
Le cofacteur TPP est le groupe prothétique de l'enzyme. Le centre CH situé entre les atomes de soufre et d'azote sur le cycle thiazole est acide. Lors de la déprotonation, il génère un ylure, et le même centre de carbone acquiert le caractère carbanion (c'est-à-dire qu'il devient chargé négativement). Le carbone cétonique du pyruvate se lie à ce nucléophile. Lors de la décarboxylation du pyruvate, le TPP stabilise les intermédiaires de carbanion en tant qu'électrophile par des liaisons non covalentes. Plus précisément, l'azote pyridylique N1 'et le groupe 4'-amino du TPP sont essentiels pour la fonction catalytique du complexe enzyme-TDP.
Mécanisme
L'enzyme divise le pyruvate en dioxyde de carbone et acétaldéhyde. La réaction se déroule par attaque du carbone carbénoïde nucléophile sur le groupe céto. Cet intermédiaire perd du CO 2 , donnant un adduit énol d'acétaldéhyde. Cette étape est irréversible. Par la suite, de l'acétaldéhyde libre est libéré.
Levure
Dans la levure , la pyruvate décarboxylase agit indépendamment pendant la fermentation anaérobie et libère le fragment 2-carbone sous forme d'acétaldéhyde plus dioxyde de carbone. La pyruvate décarboxylase crée les moyens d' élimination du CO 2 , que la cellule dissipe. L'enzyme est également un moyen de créer de l'éthanol, qui est utilisé comme antibiotique pour éliminer les organismes concurrents. L'enzyme est nécessaire pour aider à la décarboxylation des alpha-céto-acides car il y a une accumulation de charge négative qui se produit sur l'atome de carbone carbonyle à l'état de transition; par conséquent, l'enzyme fournit l'environnement approprié pour que le TPP et l'acide alpha-céto (pyruvate) se rencontrent.
Les références
Liens externes
- Pyruvate + Decarboxylase à la US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
