La biotinylation

1. La biotine

2. Biotinylation des lysines des carboxylases par l'holocarboxylase synthétase

3. Les couples biotine - streptavidine et biotine - avidine

 

1. La biotine

Seuls les plantes et quelques microorganismes sont capables de synthètiser la biotine. C'est une vitamine hydrosoluble (vitamine H ou B8).

L'ingestion d'une trop grande quantité de blanc d'oeuf cru peut causer une carence en biotine, car son affinité pour l'avidine est si élevée que la biotine ne peut plus être absorbée par les intestins. Une carence en biotine est mortelle (voir une description des maladies liées à cette déficience)

La biotine existe sous forme libre ou sous forme de groupement prosthétique (coenzyme) lié à certaines carboxylases qui catalysent des réactions de synthèse des acides gras [exemple : propanoyl-CoA:carbon-dioxide ligase (ADP-forming)] ou de certains acides aminés.

Figure ci-contre : L'image originale (aller au site) est interactive.

En cliquant sur les N° EC ou les noms, on accéde à une multitude d'informations sur les molécules choisies.

Source : KEGG - Biotin metabolism - Reference pathway

Metabolisme de la biotine KEGG pathway

2. Biotinylation des lysines des carboxylases par l'holocarboxylase synthétase

La biotine se fixe de manière covalente sur un résidu lysine de ces carboxylases.

Cette biotinylation est catalysée par une holocarboxylase synthétase dont le nom systématique est : Biotin:apo-[propanoyl-CoA:carbon-dioxide ligase (ADP-forming)] ligase (AMP-forming) (EC 6.3.4.10).

La réaction catalysée est :

ATP + biotin + apo-[propanoyl-CoA:carbon-dioxide ligase (ADP-forming)]

<===> AMP + PPi + [propanoyl-CoA:carbon-dioxide ligase (ADP-forming)]

Biotinylation des lysines des carboxylases par l'holocarboxylase synthetase

La biotinylation fait passer ces carboxylases d'une forme inactive (apo-carboxylase) à une forme active (holo-carboxylase).

Par exemple, l'acetyl-CoA carboxylase de Escherichia coli est inactive quand sa partie C-terminale dimérise. La biotinylation empèche cette dimérisation est active l'enzyme (voir un article).

Figure ci-contre : structure du domaine de fixation de la biotine de l'acetyl-CoA carboxylase (F. K. Athappilly & W. A. Hendrickson, 1995).

Codes accès : MMDB 4933 - PDB 1BDO

structure du domaine de fixation de la biotine acetyl-CoA carboxylase

3. Les couples biotine - streptavidine et biotine - avidine

La streptavidine est isolée de Streptomyces avidinii :

  • elle ne contient pas de carbohydrates
  • elle a une masse molaire de 60 kDa
  • son point isoélectrique est de 5

Source : Laboratoire de Marquage des Protéines (LMP) - CEA

Structure streptavidine

L'avidine est une glycoprotéine du blanc d'oeuf :

  • les carbohydrates représentent 10% de la masse totale de la protéine
  • elle est constituée de 4 sous-unités identiques (128 acides aminés) et a une masse molaire de 67 kDa
  • son point isoélectrique est trés basique (10-10.5)

L'avidine est utilisée pour la détection et la purification de protéines. En effet, le couple biotine - avidine est celui qui a la constante d'association la plus élevée parmi les molécules biologiques : Ka = 1015 M-1.

L'agent de biotinylation le plus utilisé est l'ester de la N-hydroxysuccinimide (NHS) biotine ou de la N-hydroxysulfosuccinimide (sulfo-NHS) biotine.

Ces deux produits réagissent avec les amines primaires des protéines (acide amné en position N-terminale ou résidus lysine).

Réaction de la sulfo-NHS biotine avec une amine primaire d'une protéine

Source : Pierce

Reaction de la sulfo-NHS biotine avec une amine primaire

 

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