Carboxylase

Tie JK et al. (2016) Characterization of vitamin K-dependent carboxylase mutations that cause bleeding and nonbleeding disorders. Blood 127:1847-1855.
 

Enzyme, die C02 als Carboxygruppe in ein Substrat einbauen. Der von einer  Carboxylase katalysierte Vorgang wird Carboxylierung genannt. Der Vorgang der Carboxylierung ist ATP-abhängig. Carboxylasen besitzen Biotin als prosthetische Gruppe.
 

Die bedeutenste Carboxylase ist die Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase, ein Enzym, das im Rahmen der Photosynthese Kohlenstoffdioxid an Ribulose-1,5-bisphosphat bindet (Calvin-Zyklus)
Durch diese Carboxylierung wird Kohlenstoffdioxid aus dem Wasser oder aus der Luft in den Stoffwechsel photosynthetisierender Pflanzen eingeschleust.

Weitere wichtige Carboxylasen sind:

• Acetyl-CoA-Carboxylase, die Acetyl-Coenzym A zu Malonyl-Coenzym A überführt (Fettsäuresynthese)
• Pyruvat-Carboxylase, die Pyruvat (Brenztraubensäure) zu Oxalat überführt (Citratzklus)
• Glutamat-Carboxylase, die Glutaminsäure zu y-Carboxyl-Glutaminsäure carboxyliert (Vitamin-K-Zyklus)

Carboxylasen spielen u.a. bei der Synthese der Gerinnungsfaktoren Faktor II, Faktor VII, Faktor IX, und Faktor X sowie des Protein S und des Protein C eine wesentliche Rolle. Vitamin K katalysiert den letzten Schritt der Synthese dieser Faktoren. Hierbei wird unter Einwirkung einer Carboxylase, zusammen mit CO2 als Substrat, Glutaminsäure zu y-Carboxyl-Glutaminsäure carboxyliert.

Ein Mangel an Enzymaktivität der Pyruvat-, Propionyl-CoA- und 3-Methylcrotonyl-CoA-Carboxylase führt zu komplexen Störungen im Abbau der Kohlenhydrate und der Aminosäuren Leucin, Isoleucin, Valin, Threonin und Methionin (s.u. Carboxylase-Defekt multipler).

1. Narang MA et al. (2004) Reduced histone biotinylation in multiple carboxylase deficiency patients: a nuclear role for holocarboxylase synthetase. Hum Mol Genet 13: 15-23
2. Sweetman L, Nyhan WL (1986) Inheritable biotin-treatable disorders and associated phenomena. Ann Rev Nutr 6: 317–343