La carbamato quinasa (CK) es una enzima que cataliza la sintesis de carbamoil fosfato (CP) del que derivan la urea, arginina y pirimidina. La misma reaccion puede estar catalizada por otra enzima, la carbamoil fosfato sintetasa (CPS). Ambas enzimas utilizan el carbamato como sustrato, pero mientras CK utiliza carbamato sintetizado quimicamente a partir de bicarbonato y amonio, CPS gasta un ATP extra sintetizando su propio carbamato a partir de la fosforilacion de bicarbonato.
La CK es un homodimero de 33KDa cada subunidad. Cada dimero esta formado por 16 laminas beta rodeadas por alfa helices. Cada unidad ademas contiene una hendidura en la zona que se especula que es el centro activo. Esta hendidura tiene una zona muy conservada que es probable que se una a ATP. Mutaciones sobre residuos de esta hendidura inactivan la enzima, lo que refuerza la teoria de que aqui se localiza el centro activo. La interaccion entre las subunidades es muy extensa e involucra un centro hidrofobico y contactos perifericos mas hidrofilicos.
Figura 1. Las dos subunidades estan marcadas de diferente color. En la zona de dimerizacion hay tres tipos de contactos que se muestran en detalle en los tres paneles inferiores. Panel 1: puentes de hidrogeno entre Gln61 y Gln62 de cada subunidad, que unen las helices alfa B. Panel 2: puentes disulfuro entre Met73 y 81 y Cys 78 de cada subunidad, que unen las dos helices alfa C encaradas. Panel 3: enlaces de hidrogeno entre Thr109, Val110 y Leu111 que unen las dos laminas beta 3.
Figura 2. Subunidad de la carbamato kinasa formada por una parte C-terminal (azul), una N-terminal (verde) y un subdominio protuberante (magenta). La hendidura se encuentra entre los subdominios C' y N', formada por Asp221 a Lys310 y Gly2 a Val220, respectivamente.
Figura 3. La region N' contiene: 4 laminas beta paralelas (1,2,3 y 9) rodeadas por alfa helices (A,B,C,E y F); 4 pequeñas laminas betas (4,8,10 y 11) y el subdominio protuberante que cuelga por encima de la hendidura formado por 3 laminas beta antiparalelas (5,6 y 7) y una helice alfa (D). La region C' contiene: 4 laminas beta (12,13,14 y 15) rodeadas por 3 helices alfa (G,H e I) y un loop entre la lamina 12 y 13 expuesto.
La localizacion de la hendidura es caracteristica del centro catalitico en estructuras alfa/beta abiertas. La hendidura se extiende por la pared que forman 4 laminas beta de la region N-ter, y por el subdominio protuberante. En el estudio de la densidad electronica se observa un pico que corresponde a un sulfato unido a la hendidura. Este sulfato se ha visto que, en varias enzimas, se une al lugar donde suele hacerlo la molecula de ATP. Esto tambien ocurre en la carbamato kinasa. Los residuos de Gly que se encuentran en los loops estan involucrados en la union a ATP, principalmente la Gly11, residuo que se encuentra en el loop que une alfaA y beta1, y que es funcionalmente muy importante. Este residuo junto a otros que se encuentran a lo largo de la hendidura estan muy conservados en carbamato kinasas. Mutaciones puntuales en la Asp208 y la Asp210 disminuyen la actividad de la enzima hasta un 0.1% respecto a la enzima wild type. Todo lo anterior confirma que en la hendidura es el lugar donde se encuentra el centro activo.
La orientacion de las hendiduras en cada una de las subunidades de la CK impide la cooperacion catalitica entre ambas o la migracion de intermediarios. Esta cooperacion no es necesaria para las reacciones catalizadas por CK.