Pyruvatcarboxylase

Pyruvatcarboxylase (PC) ist ein Enzym. Es katalysiert in allen Lebewesen (außer den Pflanzen) die Addition von Kohlenstoffdioxid an Pyruvat. Diese Reaktion stellt den ersten Schritt der Gluconeogenese dar und dient zudem als anaplerotische Reaktion für den Citratzyklus. 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. Mutationen am PC-Gen beim Menschen können seltenen PC-Mangel verursachen.

Pyruvatcarboxylase
Vorhandene Strukturdaten: 3bg3, 3bg9
Eigenschaften des menschlichen Proteins
Masse/Länge Primärstruktur	1158 Aminosäuren
Sekundär- bis Quartärstruktur	Homotetramer
Kofaktor	Biotin, Mangan
Bezeichner
Gen-Name	PC
Externe IDs	OMIM: 608786 UniProt P11498
Enzymklassifikation
EC, Kategorie	6.4.1.1, Ligase
Substrat	ATP + Pyruvat + HCO3−
Produkte	ADP + Phosphat + Oxalacetat
Vorkommen
Homologie-Familie	Pyruvatcarboxylase
Übergeordnetes Taxon	Lebewesen
Ausnahmen	Pflanzen
Orthologe
	Mensch	Hausmaus
Entrez	5091	18563
Ensembl	ENSG00000173599	ENSMUSG00000024892
UniProt	P11498
Refseq (mRNA)	NM_000920	NM_001162946
Refseq (Protein)	NP_000911	NP_001156418
Genlocus	Chr 11: 66.85 – 66.96 Mb	Chr 19: 4.51 – 4.62 Mb
PubMed-Suche	5091	18563

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. Die Molmasse eines einzelnen Monomers beträgt 130 kDa.

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

Reaktionsmechanismus

Der genaue Reaktionsmechanismus der Pyruvatcarboxylase umfasst drei Schritte:

1. Aktivierung des CO₂ (das in wässriger Lösung als Hydrogencarbonat-Anion HCO₃⁻ vorliegt) zu Carboxyphosphat:

   $\mathrm {HCO_{3}^{-}+\ ATP\longrightarrow HOCO_{2}{\mathord {-}}PO_{3}^{2-}+ADP}$

2. Anlagerung des Carboxyphosphats an das Biotin (N1-Atom):

   $\mathrm {Enzym{\mathord {-}}Biotin+HOCO_{2}{\mathord {-}}PO_{3}^{2-}+{\text{2 }}H_{2}O\longrightarrow Enzym{\mathord {-}}Biotin{\mathord {-}}COO^{-}+P_{i}+{\text{2 }}H_{3}O^{+}}$

3. Übertragung der aktivierten Carboxygruppe auf das Pyruvat:

   $\mathrm {Enzym{\mathord {-}}Biotin{\mathord {-}}COO^{-}+Pyruvat\longrightarrow Enzym{\mathord {-}}Biotin+Oxalacetat}$

Durch die Verwendung von Biotin als Coenzym ist die Pyruvatcarboxylase 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.

Eine Störung oder ein Fehlen des Enzyms führt zum Pyruvat-Carboxylase-Mangel.

Literatur

• Stryer et al.: Biochemie. 5. Auflage Spektrum Akademischer Verlag, 2003
• Fallert-Müller et al.: Lexikon der Biochemie, Spektrum Akademischer Verlag, 2000