Piruvat karboksilaza

mini|desno|400px|Predloženi dijagram mehanizma djelovanja piruvat karboksilaze:**A** – ATP-zavisna karboksilacija (BC domena);**B** – Transkarboksilacija piruvata (CT domena).
mini|300px|PC *Rhizobium etli*
mini|300px|PC *Staphylococcus aureus*
[mini|250px|[piruvat|Pirogrožđana kiselina]]
[mini|250px|[Okalsirćetna kiselina]]
**Piruvat karboksilaza** (PC) je enzim u svim organizmima (osim za biljaka), koji katalizira reakciju dodavanja ugljendioksida na piruvat. Ova reakcija predstavlja prvi korak u glukoneogenezi, a također služi kao anaplerotska reakcija TCA ciklusa. Enzim se nalazi u mitohondrijama, a reguliraa alosternu koncentraciju acetil-CoA. Funkcija enzim kritično ovisi o ovoj regulacijis, tako da se u nedostatku acetil-CoA aktivnost praktično ne odvija. Mutacije *PC*-gena kod ljudi mogu izazvati nedostatak PC.

## Struktura 
U aktivnom obliku, enzim je uglavnom prisutan kao (hetero) tetramer, koji, u stvaranju ravnoteže, komunicira sa dimerima i monomerima. Međutim, tetramerno stanje nije potrebno za osnovnu funkciju enzima, tako da su aktivni I di- i monomeri.Molekulska masa jednog monomer je 130 kDa.

Funkcijski najzanimljiviji dijelove proteina su N-i C-terminalni repovi. Prve 300-350 N-terminalne aminokiseline formiraju ATP – vezivanjem cijele ATP domene i najudaljenije 80 C-terminalne aminokiseline, u biotin – vezivajućoj domenu, u kojoj je biotin je kovalentno povezan preko amidnih veza \epsilon-amino grupa lizina.

Istraživanja strukture PC su provedeneupotrebom elektronske mikroskopije, ograničenom proteolizom i kloniranjem i gasnim sekvenciranjem gena i cDNA kodiranja enzima. Većina dobro karakteriziranih oblika aktivne PC sastoji se od četiri identične podjedinice raspoređene u tetraedarske strukture. Svaka podjedinica sadrži jedan biotin koji djeluje kao uvrnuti krak za transport na katalitičko mjesto koje se formira na granici između susjednih monomera ugljen-dioksida. Svaka podjedinica funkcijskog tetramera sadrži četiri domena: biotin karboksilirajuću (BC) domenu, transkarboksilacijsku (CT) domenu, biotin karboksilni nosač (BCCP) domenu i nedavno imenovani PC tetramerizacijska (PT) domena Od dvije najkompletnije raspoložive kristalne strukture, vizuelizirani su proteini asimetričanog i simetričnog oblika. U tetramernom kompleksu *Staphylococcus aureus*, sa koenzimom A kao aktivatorom, vrlo je simetričan, posjedujući 222 simetrije, što su potvrdile krio-EM studije. Za razliku od toga *Rhizobium etli* ima tetramernni kompleks sa etil-CoA, nerazgradivim analogom acetil-CoA, ima samo jednu liniju simetrije.

## Mehanizam reakcije 
Tačan mehanizam reakcija piruvata karboksilaze se sastoji od tri koraka:

1) Aktiviranje **CO2** (koji se nalazi u vodenoj otopini kao vodik karbonatni anion **HCO3−**) u karboksifosfat:

:\mathrm{HCO_3^- +\ ATP \longrightarrow HOCO_2\mathord-PO_3^{2-} + ADP}

2) Dodavanje karboksifosfata na biotin (N1 atom) :

:\mathrm{Enzim\mathord-Biotin + HOCO_2\mathord-PO_3^{2-} \longrightarrow i\mathord-Biotin\mathord-CO_2 + P_i}

3)Premještanje aktivirane karboksilne grupe na piruvat:

:\mathrm{Enzim\mathord-Biotin\mathord-CO_2 + Piruvat \longrightarrow Enzim\mathord-Biotin+ Oksalacetat}

## Funkcija 
Tokom glukoneogeneze, piruvat karboksilaze je uključena u sintezu fosfoenolpiruvata (PEP) od piruvata. Piruvat se prvo konvertira u piruvat karboksilazu u oksaloacetatni (OAA) u mitohondrijama, hidrolizom jedne od molekula adenozin trifosfata. OAA se zatim dekarboksilizira, uz istovremenu fosforilaciju, što katalizira jedna od dvije izoforme fosfoenolpiruvat karboksikinaze (PEPCK), u citosolu ili mitohondrijama za proizvodnju PEP. U normalnim uvjetima glukoneogeneze, OAA se pretvara u PEP mitohondrijskog aktivatora PEPCK; rezultanta PEP potom odlazi iz mitohondrijske matrice aniona – transportnog nosača i pretvara u glukozu pomoću citosolnih gluconeogenih enzima. Međutim, za vrijeme gladi kada je citosolna koncentracija NADH niska i mitohrondrijska razina NADH visoka, oksaloaceti se mogu koristiti kao faktor redukcije ekvivalenata. Kao takav OAA se pretvara u malat mitohondrijske malat dehidrogenaze (MDH). Nakon izlaska u citosol, malat se ponovo pretvara u OAA, uz istovremenu redukciju NAD+. OAA se naknadno pretvara u PEP koji je dostupan za glukoneogenezu u citosolu, zajedno sa redukcijom transportiranog ekvivalenta NADH.

Predloženo je da su vrlo visok nivo PC aktivnosti, zajedno s visokim aktivnostima drugih glukoneogenih enzima, uključujući aktivacijski PEPCK, fruktoza-1,6-bisfosfatazu i glukoza-6-fosfatazu u jetri i bubrežnoj kori, primarna uloga PCu glukoneogenezi u tim organima. Za vrijeme gladovanja ili gladi, kada je potrebna endogena glukoza za određene tkiva (mozak, bijela krvna zrnca i srž bubrega), povišena je ekspresija PC i drugih gluconeogenih enzima. PEPK promovira jetrenu proizvodnju glukoze održavajući povećan fluks piruvata, a povećava PC aktivnost i koncentraciju proteina; dijabetes slično povećava glukoneogenezu, pojačanim uzimanjem podloge i povećanjem toka PC-a kroz jetru u miševa i štakora.

Slično drugim glukoneogenim enzimima, PC je pozitivno reguliran glukagonom i glukokortikoidom, dok negativno reguliran insulinom. Pretpostavka podržava ključnu ulogu PC u glukoneogeneze u mliječnih krava, koje apsorbiraju heksoze. Pri konstantno adekvatnoj razini ishrane, PC i pripadajući gluconeogeni enzimi aktiviraji PEPCK i značajno su povišeni prilikom prelaska na laktacijum uz podršku sinteze laktoze za proizvodnju mlijeka.
 
Osim uloge u glukoneogenezi, PC imaju anaplerotsku ulogu (enzimski katalizirane reakcija koja može omogućiti snabdijevanje intermedijera u ciklusu limunske kiseline). Za ciklus trikarboksilne kiseline (neophodno obezbijediti oksaloacetat), kada su uklonjeni međuproizvodi za različite biosintetičkih svrhe.

## Također pogledajte 
* Enzim
* Ligaza
* Kataliza

## Reference 
## Vanjski linkovi 
* GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Pyruvate Carboxylase Deficiency

Kategorija:Multifunkcionalni proteini
Kategorija:EC 6.4.1
Kategorija:Geni na hromosomu 11