Biotinate

• 分子结构分类: 有机化合物 - 有机杂环化合物 - 生物素及其衍生物
• 英文名称: Biotinate
• 英文别名: 5-[(3aS,4S,6aR)-2-oxo-1,3,3a,4,6,6a-hexahydrothieno[3,4-d]imidazol-4-yl]pentanoate
• 化学式: C10H15N2O3S-
• 分子量: 243.31
• InChiKey: YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-M

计算性质

• 辛醇/水分配系数(LogP)：
  1
• 重原子数：
  16
• 可旋转键数：
  4
• 环数：
  2.0
• sp3杂化的碳原子比例：
  0.8
• 拓扑面积：
  107
• 氢给体数：
  2
• 氢受体数：
  4

反应信息

• 作为反应物：
  描述：

  adenosine 5'-triphosphate 、 Biotinate 、 氢(+1)阳离子 生成 Biotinyl-5'-adenylate 、 pyrophosphoric acid
  参考文献：
  名称：

  Escherichia coli biotin holoenzyme synthetase/bio repressor crystal structure delineates the biotin- and DNA-binding domains.

  摘要：

  Escherichia coli生物素合成操纵子的抑制因子BirA的三维结构已经通过X射线晶体学确定，并在2.3-A分辨率下进行了晶体学残留物的精细化到19.0％。BirA是一种序列特异性DNA结合蛋白，也催化生物素和ATP形成生物素-5'-腺苷酸，并将生物素基团转移给其他蛋白质。细胞中生物素合成酶的水平受到生物素-5'-腺苷酸的调控，这是BirA的共抑制剂。该结构提供了一个转录因子同时也是酶的例子。BirA的结构高度不对称，由三个结构域组成。N末端结构域主要是α-螺旋，包含一个螺旋-转螺旋DNA结合基序，并与分子的其余部分松散连接。中央结构域由一个七股混合β-折叠片和覆盖一个面的α-螺旋组成。片的另一侧基本上暴露于溶剂中，并含有活性位点。C末端结构域包括一个六股反平行β-折叠片夹层。生物素结合的位置与影响酶活性的突变一致。附近的一个环有一个已经与其他蛋白质中的磷酸盐结合相关的序列。推断ATP结合在这个区域，毗邻生物素。建议单体BirA的共抑制剂结合可以通过促进多聚BirA-共抑制剂-DNA复合物的形成来促进DNA结合。然而，这个复合物的结构细节仍然是一个未解决的问题。

  DOI：

  10.1073/pnas.89.19.9257
• 作为产物：
  描述：

  5-[(1R,2S,5S)-7-氧代-3-硫杂-6,8-二氮杂双环[3.3.0]辛-2-基]戊酰胺 、 水 生成 Biotinate 、 铵
  参考文献：
  名称：

  生物素酶及其在生物素代谢中的作用。

  摘要：

  生物素酶是负责维生素生物素回收的酶。生物素酶通过切割生物素和生物素肽来充当水解酶，从而释放出生物素以供再利用。生物素酶对于使生物素可从结合饮食中获得生物利用度也很重要。通过发现生物素酶缺乏症增加了对该酶的兴趣，生物素缺乏症是一种遗传性的生物素反应性疾病，可导致神经和皮肤异常，但可通过补充生物素来有效治疗。最近显示，在中性和碱性pH下，在存在生物胞素而不存在生物素的情况下，生物素酶被生物素化。这增加了生物素酶充当生物素结合蛋白或生物素载体蛋白的可能性。生物素酶也已经显示出具有生物素基转移酶的活性，从而导致生物素从生物胞素转移至亲核受体，例如组蛋白。转移酶的活性发生在生理pH值和生理浓度的生物素，因此可能是酶在血清和其他组织中的主要功能。酶的这些新功能可能表明生物素酶在生物素尤其是神经元细胞核的代谢中起关键作用。生物素酶在生物素代谢中的作用可能是更好地了解其他维生素代谢的范例。可能是酶在血清和

  DOI：

  10.1016/0009-8981(96)06396-6

文献信息

• Biotin synthase mechanism: an overview
  作者：M. Lotierzo、B. Tse Sum Bui、D. Florentin、F. Escalettes、A. Marquet

  DOI：10.1042/bst0330820

  日期：2005.8.1

  Biotin synthase, a member of the ‘radical SAM’ (S-adenosylmethionine) family, converts DTB (dethiobiotin) into biotin. The active form of the Escherichia coli enzyme contains two (Fe-S) centres, a (4Fe-4S) and a (2Fe-2S). The (4Fe-4S)2+/+ mediates the electron transfer required for the reductive cleavage of SAM into methionine and a DOA• (deoxyadenosyl radical). Two DOA•, i.e. two SAM molecules, are consumed to activate the positions 6 and 9 of DTB. A direct transfer of isotope from the labelled substrate into DOAH (deoxyadenosine) has been observed with 2H, although not quantitatively, but not with tritium. The source of the sulphur introduced to form biotin is still under debate. We have shown that the (2Fe-2S)2+ cluster can be reconstituted in the apoenzyme with S2− and Fe2+. When S2− was replaced by [34S2−], [35S2−] or Se2−, biotin containing mostly the sulphur isotopes or selenium was obtained. This leads us to favour the hypothesis that the (2Fe-2S) centre is the sulphur donor, which may explain the absence of turnover of the enzyme. DTBSH (9-mercaptodethiobiotin), which already contains the sulphur atom of biotin, was shown to be an alternative substrate of biotin synthase both in vivo and with a crude extract. When this compound was tested with a well-defined in vitro system, the same turnover of one and similar reaction rates were observed for DTB and DTBSH. We postulate that the same intermediate is formed from both substrates.

  生物素合成酶是 "自由基 SAM"（S-腺苷蛋氨酸）家族的成员，可将 DTB（解硫生物素）转化为生物素。大肠杆菌酶的活性形式包含两个（Fe-S）中心，一个是（4Fe-4S），另一个是（2Fe-2S）。(4Fe-4S)2+/+ 介导将 SAM 还原裂解为蛋氨酸和 DOA-（脱氧腺苷自由基）所需的电子转移。两个 DOA-（即两个 SAM 分子）被消耗，以激活 DTB 的第 6 和第 9 位。在使用 2H 时，观察到同位素从标记的底物直接转移到 DOAH（脱氧腺苷）中，虽然没有定量，但在使用氚时却没有观察到。关于形成生物素的硫的来源仍有争议。我们已经证明，(2Fe-2S)2+簇可以用S2-和Fe2+在辅酶中重组。当 S2-被 [34S2-]、[35S2-] 或 Se2- 取代时，得到的生物素主要含有硫同位素或硒。这使我们倾向于（2Fe-2S）中心是硫供体的假设，这也许可以解释该酶没有周转的原因。已含有生物素硫原子的 DTBSH（9-巯基硫代生物素）在体内和粗提取物中都被证明是生物素合成酶的替代底物。当用一个定义明确的体外系统测试这种化合物时，观察到 DTB 和 DTBSH 有相同的周转率和相似的反应速率。我们推测这两种底物形成了相同的中间体。
• Crystal Structure of Biotin Synthase, an <i>S</i> -Adenosylmethionine-Dependent Radical Enzyme
  作者：Frederick Berkovitch、Yvain Nicolet、Jason T. Wan、Joseph T. Jarrett、Catherine L. Drennan

  DOI：10.1126/science.1088493

  日期：2004.1.2

  The crystal structure of biotin synthase from Escherichia coli in complex with S-adenosyl-L-methionine and dethiobiotin has been determined to 3.4 angstrom resolution. This structure addresses how “AdoMet radical” or “radical SAM” enzymes use Fe4S4 clusters and S-adenosyl-L-methionine to generate organic radicals. Biotin synthase catalyzes the radical-mediated insertion of sulfur into dethiobiotin

  来自大肠杆菌的生物素合酶与 S-腺苷-L-甲硫氨酸和脱硫生物素复合物的晶体结构已确定为 3.4 埃分辨率。这种结构解决了“AdoMet 自由基”或“自由基 SAM”酶如何使用 Fe4S4 簇和 S-腺苷-L-甲硫氨酸生成有机自由基。生物素合酶催化自由基介导的硫插入脱硫生物素以形成生物素。该结构将底物置于对自由基产生必不可少的 簇和假定为硫源的 Fe2S2 簇之间，两个簇都处于前所未有的配位环境中。
• The Gene for Biotin Synthase from Saccharomyces cerevisiae: Cloning, Sequencing, and Complementation of Escherichia coli Strains Lacking Biotin Synthase
  作者：S.G. Zhang、I. Sanyal、G.H. Bulboaca、A. Rich、D.H. Flint

  DOI：10.1006/abbi.1994.1079

  日期：1994.2

  Biotin synthase catalyzes the insertion of a sulfur atom between two carbon atoms of dethiobiotin to form biotin in the last step of the biotin biosynthesis pathway. In Escherichia coli, biotin synthase is coded for by bioB gene. We report here cloning, sequencing, and initial functional characterization of the yeast gene for biotin synthase in Saccharomyces cerevisiae. We have named this gene BIO2

  生物素合酶催化脱硫生物素的两个碳原子之间插入一个硫原子，从而在生物素生物合成途径的最后一步形成生物素。在大肠杆菌中，生物素合成酶由bioB基因编码。我们在此报告了酿酒酵母中生物素合酶酵母基因的克隆，测序和初始功能表征。我们已将该基因命名为BIO2。它由ZUO1基因附近的355个密码子开放阅读框组成。对由BIO2基因编码的酵母蛋白的分析表明，它与大肠杆菌和球形芽孢杆菌的生物素合成酶具有广泛的同源性。酵母和两种细菌生物素合成酶蛋白具有相似的分子量，氨基酸组成和亲水性。含有酵母BIO2基因的质粒pUCBIO2与E完全互补。大肠杆菌bioB-和delta bio突变体，并使这些突变体能够在脱硫生物素上生长。尽管BIO2与ZUO1物理连接，ZUO1编码假定的左手Z-DNA结合蛋白zuotin，但似乎受其独立调节。酵母BIO2和ZUO1基因位于VII号染色体上的ADE3基因附近。BIO2是从生物素生物合成途径中报道的第一个真核基因。
• Corepressor-induced organization and assembly of the biotin repressor: A model for allosteric activation of a transcriptional regulator
  作者：Larry H. Weaver、Keehwan Kwon、Dorothy Beckett、Brian W. Matthews

  DOI：10.1073/pnas.111128198

  日期：2001.5.22

  The Escherichia coli biotin repressor binds to the biotin operator to repress transcription of the biotin biosynthetic operon. In this work, a structure determined by x-ray crystallography of a complex of the repressor bound to biotin, which also functions as an activator of DNA binding by the biotin repressor (BirA), is described. In contrast to the monomeric aporepressor, the complex is dimeric with an interface composed in part of an extended β-sheet. Model building, coupled with biochemical data, suggests that this is the dimeric form of BirA that binds DNA. Segments of three surface loops that are disordered in the aporepressor structure are located in the interface region of the dimer and exhibit greater order than was observed in the aporepressor structure. The results suggest that the corepressor of BirA causes a disorder-to-order transition that is a prerequisite to repressor dimerization and DNA binding.

  大肠杆菌生物素抑制子与生物素操作子结合，抑制生物素生物合成操作子的转录。本研究描述了一个由X射线晶体学确定的复合物的结构，该复合物由抑制子结合生物素组成，生物素还可以作为生物素抑制子（BirA）DNA结合的激活剂。与单体的裸抑制子相比，该复合物是二聚体，其界面部分由扩展的β-折叠片组成。模型构建和生化数据表明，这是BirA的二聚体形式，可以结合DNA。三个表面环的片段在裸抑制子结构中无序，而在二聚体的界面区域中呈现出更大的有序性。结果表明，BirA的共抑制子引起了从无序到有序的转变，这是抑制子二聚化和DNA结合的先决条件。
• Active site conformational changes upon reaction intermediate biotinyl-5'-AMP binding in biotin protein ligase from<i>Mycobacterium tuberculosis</i>
  作者：Qingjun Ma、Yusuf Akhter、Matthias Wilmanns、Matthias T. Ehebauer

  DOI：10.1002/pro.2475

  日期：2014.7

  Mycobacterium tuberculosis we have biochemically and structurally characterized the corresponding enzyme. We report the high‐resolution crystal structures of the apo‐form and reaction intermediate biotinyl‐5'‐AMP‐bound form of M. tuberculosis biotin protein ligase. Binding of the reaction intermediate leads to clear disorder‐to‐order transitions. We show that a conserved lysine, Lys138, in the active site is

  蛋白质生物素化是翻译后修饰的一种罕见形式，存在于脂质生物合成所需的酶中。在分枝杆菌中，该过程对于其复杂而独特的细胞壁的形成至关重要，并已成为药物发现方法的重点。就整个结构组织，功能调节和底物特异性而言，负责该过程的酶生物素蛋白连接酶在不同物种中有很大不同。为了进一步了解结核分枝杆菌中生物素化的分子机制，我们对相应的酶进行了生化和结构表征。我们报告了结核分枝杆菌的脱辅基形式和反应中间生物素-5'-AMP结合形式的高分辨率晶体结构生物素蛋白连接酶。反应中间体的结合导致明显的无序转变。我们显示保守的赖氨酸，Lys138，在活性位点对于生物素化是必不可少的。