Proteína portadora de carboxibiotina

Qué es la proteína portadora de carboxibiotina

Del término inglés biotin carboxyl carrier protein, abreviado BCCP en la bibliografía especializada, procede el nombre completo. «Carboxibiotina» designa la forma carboxilada de la biotina, la vitamina hidrosoluble que actúa aquí como grupo prostético; «portadora» señala la función de transporte molecular que define a esta proteína, incapaz por sí misma de catalizar ninguna reacción química.

La unión entre la proteína y la biotina no depende de afinidad ni de cargas eléctricas. Es un enlace amida covalente entre el grupo carboxilo terminal de la cadena de valerato de la biotina y el grupo épsilon-amino de un residuo de lisina específico de la proteína. Esta reacción, llamada biotinilación, la cataliza una enzima distinta e independiente (la holocarboxilasa sintetasa en el ser humano, BirA en bacterias como Escherichia coli), que convierte así a la apoenzima inactiva en una holoenzima funcional.

Mecanismo de transporte del grupo carboxilo

La acetil-CoA carboxilasa reúne, en realidad, dos actividades enzimáticas distintas que trabajan de forma secuencial. La primera, la biotina carboxilasa, consume ATP para fijar un grupo carboxilo procedente del bicarbonato sobre la biotina ya unida a la proteína portadora. La segunda, la carboxiltransferasa, toma ese grupo carboxilo y lo transfiere al acetil-CoA, generando malonil-CoA, el compuesto que inaugura la elongación de la cadena de ácidos grasos.

Entre ambos centros activos media una distancia considerable a escala molecular. Ahí interviene la proteína portadora de carboxibiotina: un brazo flexible de una docena de enlaces químicos conecta la biotina con la lisina que la ancla, lo que le permite oscilar físicamente entre el sitio de la biotina carboxilasa y el de la carboxiltransferasa. Se conoce como modelo del «brazo oscilante», descrito por primera vez para explicar cómo la acetil-CoA carboxilasa bacteriana logra acoplar sus dos reacciones parciales sin que ambas ocurran en el mismo punto de la molécula.

Organización según el organismo

La forma en que se ensamblan estos tres componentes varía según el grupo biológico. En bacterias como Escherichia coli y en los plastos de la mayoría de las plantas, la biotina carboxilasa, la proteína portadora y la carboxiltransferasa son polipéptidos independientes que se asocian sin llegar a fusionarse, formando un complejo heteromérico; el gen que codifica la proteína portadora bacteriana se denomina accB.

En los animales, en los hongos y en el citosol de la mayoría de las plantas superiores, en cambio, los tres dominios quedan integrados en una única cadena polipeptídica de gran tamaño. No existe, por tanto, una proteína portadora de carboxibiotina aislada en el organismo humano: la función equivalente la desempeña un dominio incorporado dentro de las isoformas ACC1 y ACC2 de la acetil-CoA carboxilasa humana.

Diferenciación con términos próximos

Conviene no confundir la proteína portadora con la biotina en sí misma, que es la vitamina (el grupo prostético) y no la proteína que la sostiene. Tampoco debe confundirse con la acetil-CoA carboxilasa completa: la proteína portadora es solo uno de sus tres módulos funcionales, el único sin actividad catalítica propia. En algunas cianobacterias se ha descrito, además, una regulación adicional de esta proteína mediante su interacción con reguladores del metabolismo del nitrógeno, dato que ilustra hasta qué punto el metabolismo de los ácidos grasos está entrelazado con otras rutas celulares.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se llama «portadora» y no «catalizadora»?

Porque no acelera ninguna reacción química por sí misma. Su papel se limita a sujetar la biotina y desplazarla físicamente entre los dos centros activos de la enzima; quienes catalizan son la biotina carboxilasa y la carboxiltransferasa.

¿Existe esta proteína en el organismo humano?

No como entidad independiente. En el ser humano, el dominio equivalente forma parte de una única cadena junto con los dominios de biotina carboxilasa y carboxiltransferasa, dentro de las isoformas ACC1, citosólica y ligada a la síntesis de ácidos grasos, y ACC2, asociada a la membrana mitocondrial y ligada a su regulación.

¿Qué ocurre si falla la unión de la biotina a esta proteína?

La carboxilasa queda inactiva como apoenzima, incapaz de fijar el grupo carboxilo sobre el acetil-CoA. La holocarboxilasa sintetasa actúa además sobre otras carboxilasas dependientes de biotina, de modo que su alteración compromete varias rutas metabólicas a la vez y no solo la síntesis de ácidos grasos.

¿El «brazo oscilante» es exclusivo de esta proteína?

No. El mismo principio estructural (un grupo prostético unido mediante un brazo flexible a una proteína portadora que se desplaza entre centros activos) aparece en otras enzimas dependientes de biotina, como la piruvato carboxilasa, y también en sistemas que emplean lipoato en lugar de biotina, como el complejo de la piruvato deshidrogenasa.

Referencias

1. Linus Pauling Institute, Oregon State University. Biotina. Micronutrient Information Center.
2. Solution Structure and NMR Chemical Shift Perturbations of the Arabidopsis BCCP1 Identify Intersubunit Interactions Potentially Involved in the Assembly of the Heteromeric Acetyl-CoA Carboxylase. PMC, National Institutes of Health.
3. Livieri AL, et al. A novel multidomain acyl-CoA carboxylase in Saccharopolyspora erythraea provides malonyl-CoA for de novo fatty acid biosynthesis. Scientific Reports, PMC.
4. Wikipedia. Acetil-CoA carboxilasa.