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Pyruvat-Carboxylase



Pyruvat-Carboxylase
EC-Nummer

6.4.1.1

CAS-Nummer

9014-19-1

Kategorie Ligase
Substrate ATP + Pyruvat + HCO3-
Produkte ADP + Phosphat + Oxaloacetat

Die Pyruvat-Carboxylase [EC 6.4.1.1] ist ein biotinhaltiges Enzym, das zu der Gruppe der Ligasen zählt und sowohl in tierischen als auch in pflanzlichen Lebewesen vorkommt. Es katalysiert Mangan- oder Zink-abhängig die irreversible Addition von CO2 an Pyruvat nach der Formel Pyruvat + CO2 + ATP + H20 \rightarrow Oxalacetat+ADP+Pi. Diese Reaktion stellt den ersten Schritt der Gluconeogenese dar, und dient zudem als anaplerotische Reaktion für den Citratzyklus (dessen erster Schritt eine Addition der Acetyl-Gruppe von Acetyl-CoA an Oxalacetat ist, das zwar beim kompletten Durchlauf des Zyklus wieder regeneriert wird, wobei jedoch durch das Verschieben von Metaboliten des Citratzyklus in andere Stoffwechselwege ein ständiger Verlust an Oxalacetat auftritt, der kompensiert werden muss).

Weiteres empfehlenswertes Fachwissen

Das Enzym ist in den Mitochondrien lokalisiert und wird über die Konzentration an Acetyl-CoA allosterisch reguliert. Die Enzymfunktion ist entscheidend abhängig von dieser Regulation, sodass in Abwesenheit von Acetyl-CoA praktisch keine Aktivität feststellbar ist.

Struktur

In der hauptsächlich aktiven Form liegt das Enzym als (Hetero-)Tetramer vor, das mit den Dimeren und Monomeren im Bildungsgleichgewicht steht. Der tetramere Zustand ist jedoch nicht notwendig für die grundsätzliche Enzymfunktion, sodass auch die Di- und Monomere eine Aktivität besitzen. Das Molmasse der einzelnen Monomere beträgt 130 kDa.

Die funktional interessantesten Abschnitte das Proteins sind die N- und C-terminalen Endstücke. Die ersten 300 bis 350 N-terminalen Aminosäuren bilden eine ATP-Bindungs-Domäne (ATP-grasp domain) und die äußersten 80 C-terminalen Aminosäuren die Biotin-Bindungsdomäne, in der das Biotin über eine Amidbindung mit der ε-Aminogruppe eines Lysins kovalent verbunden ist.

Reaktionsmechanismus

Der genaue Reaktionsmechanismus der Pyruvat-Carboxylase umfasst drei Schritte:

1) Aktivierung des CO2 (das in wässriger Lösung als Hydrogencarbonat-Anion HCO3- vorliegt) zu Carboxyphosphat :
HCO3- + ATP \rightarrow HOCO2-PO32- + ADP

2) Anlagerung des Carboxyphosphats an das Biotin (N1-Atom) :
Enzym-Biotin + HOCO2-PO32- \rightarrow Enzym-Biotin-CO2 + Pi + H2O

3) Übertragung der aktivierten Carboxylgruppe auf das Pyruvat :
Enzym-Biotin-CO2 + Pyruvat \rightarrow Enzym-Biotin + Oxalacetat

Durch die Verwendung von Biotin als Coenzym ist die Pyruvat-Carboxylase wie jedes andere Biotin-abhängige Enzym auch anfällig für eine Hemmung durch Avidin, da dieses das Biotin als einen Avidin-(Biotin)4 - Komplex irreversibel bindet.

Literatur

  • Stryer et.al.: Biochemie. 5. Auflage Spektrum Akademischer Verlag, 2003
  • Fallert-Müller et.al.: Lexikon der Biochemie, Spektrum Akademischer Verlag, 2000
 
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Pyruvat-Carboxylase aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
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