Karbamoyylifosfaattisyntetaasi II

Karbamoyylifosfaattisyntetaasi II on entsyymi, joka katalysoi irreversiibeliä karbamoyylifosfaattia glutamiinista, vetykarbonaatti-ioneista ja kahdesta ATP-molekyylistä. Entsyymi osallistuu eliöissä pyrimidiinirakenteisten nukleotidien biosynteesiin. Karbamoyylifosfaattisyntetaasi II:n EC-numero on EC 6.3.5.5. Eläimillä karbamoyylifosfaattisyntetaasi II:ta esiintyy maksan sytosolissa, ja maksan mitokondrioissa esiintyy toinen karbamoyylifosfaattia muodostava entsyymi karbamoyylifosfaattisyntetaasi I, joka osallistuu ureakiertoon.

Rakenne ja toiminta
Prokaryooteilla, kuten bakteereilla ja arkeoneilla karbamoyylifosfaattisyntetaasi II on rakenteeltaan kahdesta erilaisesta yksiköstä koostuva dimeeri. Entsyymissä on kaksi sitoutumiskohtaa ATP-molekyyleille. Nisäkkäillä entsyymi on osa suurta entsyymikompleksia, jolla on myös kahden muun entsyymin aspartaattikarbamoyylitransferaasin ja dihydro-orotaasin aktiivisuus. Entsyymi tarvitsee toimiakseen magnesiumioneja, jotka kelatoituvat ATP-molekyyleihin. Karbamoyylifosfaattisyntetaasi II:n katalysoiman reaktion ensimmäisessä vaiheessa ATP-molekyyli reagoi vetykarbonaatti-ionin kanssa muodostaen karboksifosfaattivälivaiheen ja toisena tuotteena muodostuu ADP-molekyyli. Glutamiini on sitoutunut entsyymin kysteiiniaminohappoon muodostaen tioesterin, ja entsyymin aktiivisen kohdan emäksinen aminohappo poistaa vedeltä protonin, jolloin vedestä muodostuu nukleofiilisempi hydroksidi-ioni. Hydroksidi-ioni reagoi nukleofiilisella substituutiolla glutamiinin amidoryhmän kanssa, ja amidoryhmä hydrolysoituu vapauttaen glutamiinihappoa ja ammoniakkia. Ammoniakki reagoi karboksifosfaatin kanssa karbamaatti-ioniksi, jonka entsyymi fosforyloi ATP:n avulla karbamoyylifosfaatiksi. Samalla muodostuu toinen ADP-molekyyli. Ammoniakki sellaisenaan voi toimia entsyymin substraattina ilman glutamiinia, mikäli ammoniakin konsentraatio sytosolissa on yli 100 mmol/l.

Karbamoyylifosfaattisyntetaasia inhiboi UTP-molekyyli ja aktivoi fosforibosyylipyrofosfaatti. Entsyymi ei tarvitse koentsyymikseen N-asetyyliglutamiinihappoa toisin kuin karbamoyylifosfaattisyntetaasi I. Vaikka karbamoyylifosfaatti on välituote sekä pyrimidiinin biosynteesissä että ureakierrossa, kahden eri sitä valmistamaan kehittyneen entsyymin syntyminen osoittaa, että nämä kaksi aineenvaihduntareittiä vaativat toisistaan riippumattomat säätelymekanismit.

Lähteet

Ligaasit