Proteína transportadora de carboxilo de biotina

La proteína transportadora de carboxilo de biotina (BCCP) se refiere a proteínas que contienen un dominio de unión a biotina que transportan biotina y carboxibiotina durante la carboxilación dependiente de ATP por carboxilasas dependientes de biotina. La proteína transportadora de carboxilo de biotina es una subunidad de acetil-CoA que permite que el acetil-CoA sea catalizado y convertido en malonil-CoA. Más específicamente, la BCCP cataliza la carboxilación de la proteína transportadora para formar un intermediario. Luego, el grupo carboxilo es transferido por la transcarboxilasa para formar el malonil-CoA. ^{[ 1 ]} Esta conversión es un paso esencial en la biosíntesis de ácidos grasos. En el caso de la acetil-CoA carboxilasa de E. coli , la BCCP es una proteína separada conocida como accB ( P0ABD8 ). Por otro lado, en Haloferax mediterranei , la propionil-CoA carboxilasa , la BCCP pccA ( I3R7G3 ) está fusionada con la biotina carboxilasa .

La biosíntesis de ácidos grasos en las plantas, como el triacilglicerol , es vital para la salud general de la planta, ya que permite la acumulación de aceite en las semillas. La biosíntesis catalizada por la BCCP suele tener lugar en el cloroplasto de las células vegetales. La biosíntesis realizada por la proteína BCCP permite la transferencia de CO₂ _dentro de los sitios activos de la célula. ^{[ 2 ]}

La proteína transportadora de biotina carboxilo transporta aproximadamente 1  mol de biotina por cada 22.000 g de proteína. ^{[ 3 ]}

Actualmente, no existen muchas investigaciones sobre las BCCP. Sin embargo, un estudio reciente sobre genómica vegetal reveló que las BCCP de Brassica podrían desempeñar un papel clave en las respuestas al estrés abiótico y biótico. ^{[ 4 ]} Esto significa que estas proteínas podrían estar transmitiendo mensajes al resto de la planta tras haber estado expuesta a condiciones extremas que alteran su homeostasis.

La síntesis de malonil-CoA consta de dos semirreacciones. La primera es la carboxilación de la biotina con bicarbonato y la segunda es la transferencia del grupo CO₂ _de la carboxibiotina al acetil-CoA para permitir la formación de malonil-CoA. Para que esta reacción en dos pasos se lleve a cabo con éxito, se requieren dos subunidades proteicas diferentes, junto con la BCCP: la biotina carboxilasa (BC) y la carboxiltransferasa (CT). La BCCP contiene el cofactor biotina, que está unido covalentemente a un residuo de lisina. ^{[ 5 ]}

En los citosoles de hongos, mamíferos y plantas, estos tres componentes (BCCP, BC y CT) se encuentran en una misma cadena polipeptídica. Sin embargo, la mayoría de los estudios sobre esta proteína se han realizado en la forma de la enzima presente en E. coli , donde los tres componentes existen como tres complejos separados en lugar de estar unidos en una sola cadena polipeptídica.

El primer informe de la estructura de BCCP fue realizado por los bioquímicos FK Athappilly y WA Hendrickson en 1995. ^{[ 6 ]} Puede considerarse como una estructura de horquilla β larga , con cuatro pares de hebras β antiparalelas que envuelven un núcleo hidrofóbico central. El motivo de biotinilación Met-Lys-Met se encuentra en el extremo de la estructura de horquilla β. Las rotaciones alrededor del enlace CαCβ de este residuo de Lys contribuyen al modelo de brazo oscilante. La conexión con el resto de la enzima en el extremo N del núcleo de BCCP se encuentra en el extremo opuesto de la estructura con respecto a la porción de biotina. Las rotaciones alrededor de esta región contribuyen al modelo de dominio oscilante, y el átomo N1′ de la biotina está ~ 40 Å de este punto de pivote. Esto da un rango de ~ 80 Å para el modelo de dominio oscilante, y las distancias del sitio activo BC–CT observadas hasta ahora están entre 40 y 80 Å. ^{[ 7 ]} Además, el enlazador antes del núcleo BCCP en la holoenzima también podría ser flexible, lo que daría un mayor alcance para el átomo N1′ de la biotina. ^{[ 8 ]}

Las estructuras de los dominios aceptores de biotina de E. coli BCCP-87 y la subunidad 1.3S de P. shermanii TC se determinaron mediante cristalografía de rayos X y estudios de resonancia magnética nuclear. (Athappilly y Hendrickson, 1995; Roberts et al ., 1999; Reddy et al ., 1998). ^{[ 9 ]} Estos produjeron esencialmente las mismas estructuras que están estructuralmente relacionadas con los dominios lipoílo de los complejos multienzimáticos de la 2-oxoácido deshidrogenasa (Brocklehurst y Perham, 1993; Dardel et al ., 1993), que de manera similar experimentan una modificación postraduccional análoga. Estos dominios forman una estructura de barril β aplanado que comprende dos láminas β de cuatro hebras con los residuos N- y C-terminales cerca uno del otro en un extremo de la estructura. En el otro extremo de la molécula, la lisina que acepta biotinilo o lipoilo se encuentra en un bucle en horquilla muy expuesto y compacto entre las hebras β4 y β5. La estructura del dominio se estabiliza mediante un núcleo de residuos hidrofóbicos, que son determinantes estructurales importantes. Los residuos de glicina conservados ocupan los giros β que unen las hebras β. ^{[ 10 ]}

La estructura del dominio aceptor de biotina consiste en BCCP-87, que contiene una inserción de siete aminoácidos común a ciertas acetil-CoA carboxilasas procariotas, pero ausente en otros biotindodominios (Chapman-Smith y Cronan, 1999). Esta región del péptido adopta una estructura de pulgar entre las hebras β2 y β3 y, curiosamente, forma contactos directos con la porción de biotina tanto en las estructuras cristalinas como en solución (Athappilly y Hendrickson, 1995; Roberts et al ., 1999). Se ha propuesto que este pulgar podría funcionar como una tapa móvil para uno o posiblemente ambos sitios activos de biotina carboxilasa o carboxiltransferasa en la enzima dependiente de biotina (Cronan, 2001). La función de esta tapa podría ayudar a prevenir la solvatación de los sitios activos, facilitando así la transferencia de CO₂ _de la carboxibiotina a la acetil-CoA. En segundo lugar, el dominio del pulgar es necesario para la dimerización de BCCP, indispensable para la formación del complejo activo de la acetil-CoA carboxilasa (Cronan, 2001). En conclusión, el dominio del pulgar inhibe la lipoilación aberrante de la lisina diana por la lipoil proteína ligasa (Reche y Perham, 1999). La eliminación del dominio del pulgar mediante mutagénesis convirtió a BCCP-87 en un sustrato favorable para la lipoilación, pero abolió la biotinilación (Reche y Perham, 1999). Sin embargo, la estructura del dominio del pulgar no es una característica altamente conservada entre todos los dominios de biotina. Muchas enzimas dependientes de biotina no contienen esta inserción, incluidas las cinco enzimas de mamíferos. Sin embargo, parece que las interacciones entre la biotina y la proteína podrían ser una característica conservada e importante para la catálisis, ya que se han observado contactos similares en los dominios "thumbless" de la transcarboxilasa de P. shermanii (Jank et al ., 2002) y en la proteína de unión biotinilo/lipoilo de B. subtilis (Cui et al ., 2006). La importancia de esto requiere una investigación más profunda, pero es posible que el mecanismo empleado por las enzimas de biotina implique interacciones no covalentes entre la proteína y el grupo prostético.