Pyruvaattikarboksylaasi

Pyruvaattikarboksylaasi on entsyymi, joka katalysoi ensimmäistä glukoneogeneesin vaihetta. Reaktiossa palorypälehappoon liitetään hiilidioksidimolekyyli, jolloin muodostuu oksaloetikkahappoa. Samalla ATP-molekyyli hydrolysoituu ADP-molekyyliksi ja fosfaatti-ioniksi. Entsyymin EC-numero on EC 6.4.1.1 ja CAS-numero 9014-19-1.

Rakenne 
Pyruvaattikarboksylaasia esiintyy organismeissa kahta muotoa. Näistä yleisempi, bakteereissa, sienissä ja eläimissä esiintyvä on α4-muoto. Se on tetrameeri, joka koostuu neljästä samanlaisesta yksiköstä. Nämä yksiköt ovat kooltaan noin 120–130 kDa. Kussakin yksikössä on eri tehtäviä hoitavat alayksikkönsä. Pyruvaattikarboksylaasin tarvitsema prosteettinen ryhmä on biotiini, joka on sitoutunut entsyymiin lysiiniaminohapon välityksellä. Arkkien pyruvaattikarboksylaasi on rakenteeltaan erilainen, α4β4-tyyppiä. Sen alayksiköt koostuvat kahdesta polypeptidiketjusta, jotka ovat liittyneet yhteen tetrameeriksi. Tämän pyruvaattikarboksylaasin muunnoksen polypeptidiketjuista toiseen on sitoutunut biotiini ja toinen siirtää karboksyyliryhmän.

Toiminta 
Reaktion ensimmäisessä vaiheessa ATP:n ja magnesiumionin (joissakin tapauksissa myös sinkki- tai mangaani-ioni) muodostama kompleksi reagoi vetykarbonaatti-ionin kanssa muodostaen karboksifosfaattia ja ADP-molekyylin. Karboksifosfaatti karboksyloi biotiinin, jolloin syntyy karboksibiotiinia. Seuraavaksi karboksibiotiinin karboksyyliryhmä vapautuu hiilidioksidina ja entsyymin sisältämä kysteiinitiolaattirakenne deprotonoi palorypälehapon muodostaen enolaatin. Enolaatti reagoi hiilidioksidin kanssa, jolloin muodostuu oksaloetikkahappoa.

Erityisesti α4-tyyppinen pyruvaattikarboksylaasi on allosteerisesti säädelty. Jotta biotiini karboksyloituisi, täytyy läsnä olla riittävä konsentraatio asetyylikoentsyymi-A:ta, joka sitoutuu entsyymiin. Tämän jälkeen asetyylikoentsyymi-A ei enää vaikuta entsyymin toimintaan. Asparagiinihappo on entsyymin allosteerinen inhibiittori. α4β4-rakenteen omaava pyruvaattikarboksylaasi ei tarvitse asetyyli-koentsyymi-A:ta toimiakseen.

Paitsi glukoneogeeneesissä pyruvaattikarboksylaasilla on tärkeä rooli myös adipogeneesissä ja haimasaarekkeen ja astrosyyttien toiminnalle.

Pyruvaattikarboksylaasin puutos 
Eräät harvinaiset autosomien kautta resessiivisesti periytyvät mutaatiot aiheuttavat toimimattoman pyruvaattikarboksylaasin tuotantoa. Tämä johtaa eriasteiseen laktiseen asidemiaan. Pohjoisamerikkalaisen fenotyypin (tyypin A puutos) potilailla puutoksesta aiheutuva sairaus ilmenee vakavana noin 12 vuoden iässä. Asidemia on yleensä lievä ja tyypillisiä oireita ovat oksentelu. Potilaat ovat usein myös henkisesti vakavasti taantuneita. Tyypin B (ns. ranskalainen fenotyyppi) pyruvaattikarboksylaasin puutoksesta kärsivät saavat oireita jo muutaman tunnin kuluttua syntymästään, ja osa potilaista kuolee muutaman kuukauden kuluttua. Kolmas, tyypin C fenotyyppi on harvinainen. Tässä laktinen asidemia on lievä ja potilaat ovat usein henkiseltä tasoltaan normaalisti kehittyneitä.

Lähteet

Ligaasit