La 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato ( EPSP ) sintasa es una enzima producida por plantas y microorganismos . EPSPS cataliza la reacción química :
EPSP sintasa (3-fosfosquimato 1-carboxiviniltransferasa) | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 2.5.1.19 | |||||||
No CAS. | 9068-73-9 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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EPSP sintasa (3-fosfosquimato 1-carboxiviniltransferasa) | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | EPSP_synthase | |||||||
Pfam | PF00275 | |||||||
InterPro | IPR001986 | |||||||
PROSITE | PDOC00097 | |||||||
SCOP2 | 1eps / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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- fosfoenolpiruvato (PEP) + 3-fosfosfosquimato (S3P) ⇌ fosfato + 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato (EPSP)
Así, los dos sustratos de esta enzima son el fosfoenolpiruvato (PEP) y el 3-fosfo- shikimato , mientras que sus dos productos son el fosfato y el 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato.
Esta enzima no está presente en animales, por lo que presenta un atractivo objetivo biológico para herbicidas , como el glifosato . Se ha utilizado una versión de este gen resistente al glifosato en cultivos modificados genéticamente .
Nomenclatura
La enzima pertenece a la familia de las transferasas , concretamente las que transfieren grupos arilo o alquilo distintos de los grupos metilo . El nombre sistemático de esta clase de enzimas es fosfoenolpiruvato: 3-fosfosquimato 5- O - (1-carboxivinil) -transferasa . Otros nombres de uso común incluyen:
- 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa,
- 3-enolpiruvilshikimato 5-fosfato sintasa,
- Ácido 3-enolpiruvilshikímico-5-fosfato sintetasa,
- 5′-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa,
- 5-enolpiruvil-3-fosfosfosquimato sintasa,
- 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintetasa,
- Sintasa del ácido 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfórico,
- enolpiruvilshikimato fosfato sintasa, y
- 3-fosfoshikimato 1-carboxivinil transferasa.
Estructura
La EPSP sintasa es una enzima monomérica con una masa molecular de aproximadamente 46.000. [2] [3] [4] Está compuesto por dos dominios, que están unidos por cadenas de proteínas. Esta hebra actúa como una bisagra y puede acercar los dos dominios de proteínas. Cuando un sustrato se une a la enzima, la unión del ligando hace que las dos partes de la enzima se aprieten alrededor del sustrato en el sitio activo.
La EPSP sintasa se ha dividido en dos grupos según la sensibilidad al glifosato. La enzima de clase I, contenida en plantas y en algunas bacterias, se inhibe a concentraciones bajas de glifosato micromolar, mientras que la enzima de clase II, que se encuentra en otras bacterias, es resistente a la inhibición por el glifosato. [5]
Vía Shikimate
La EPSP sintasa participa en la biosíntesis de los aminoácidos aromáticos fenilalanina , tirosina y triptófano a través de la vía del shikimato en bacterias, hongos y plantas. La EPSP sintasa es producida únicamente por plantas y microorganismos; el gen que lo codifica no está en el genoma de los mamíferos. [6] [7] La flora intestinal de algunos animales contiene EPSPS. [8]
Reacción
La EPSP sintasa cataliza la reacción que convierte el shikimato-3-fosfato más el fosfoenolpiruvato en 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato (EPSP) por medio de un intermedio tetraédrico similar al acetal . [9] [10] Los aminoácidos básicos y en el sitio activo están involucrados en la desprotonación del grupo hidroxilo de PEP y en los pasos de intercambio de protones relacionados con el intermedio tetraédrico en sí, respectivamente. [11]
Los estudios de la cinética enzimática para esta reacción han determinado la secuencia específica y la energética de cada paso del proceso. [12]
Objetivo herbicida
La EPSP sintasa es el objetivo biológico del herbicida glifosato. [13] El glifosato es un inhibidor competitivo de la PEP, que actúa como un análogo del estado de transición que se une más estrechamente al complejo EPSPS-S3P que la PEP e inhibe la vía del shikimato . Esta unión conduce a la inhibición de la catálisis de la enzima y cierra la vía. Eventualmente, esto da como resultado la muerte del organismo por falta de aminoácidos aromáticos que el organismo necesita para sobrevivir. [5] [14]
Los científicos de Monsanto identificaron una versión de la enzima que era resistente al glifosato y que aún era lo suficientemente eficiente para impulsar el crecimiento adecuado de las plantas después de muchas pruebas y errores en una cepa de Agrobacterium llamada CP4, que se encontró sobreviviendo en una columna alimentada con desechos en una planta de producción de glifosato; esta versión de la enzima, CP4 EPSPS, es la que se ha diseñado en varios cultivos modificados genéticamente . [5] [15]
Referencias
- ^ Priestman MA, Healy ML, Funke T, Becker A, Schönbrunn E (octubre de 2005). "Base molecular para la insensibilidad al glifosato de la reacción de 5-enolpiruvilshikimato 3-fosfato sintasa con shikimato" . FEBS Lett . 579 (25): 5773–80. doi : 10.1016 / j.febslet.2005.09.066 . PMID 16225867 . S2CID 26614581 .
- ^ Goldsbrough, Peter (1990). "Amplificación de genes en células de tabaco tolerantes al glifosato". Ciencia de las plantas . 72 (1): 53–62. doi : 10.1016 / 0168-9452 (90) 90186-r .
- ^ Abdel-Meguid SS, Smith WW, Bild GS (diciembre de 1985). "Cristalización de 5-enolpiruvilshikimato 3-fosfato sintasa de Escherichia coli ". Revista de Biología Molecular . 186 (3): 673. doi : 10.1016 / 0022-2836 (85) 90140-8 . PMID 3912512 .
- ^ Ream JE, Steinrücken HC, Porter CA, Sikorski JA (mayo de 1988). "Purificación y propiedades de 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa de plántulas de crecimiento oscuro de sorgo bicolor" . Fisiología vegetal . 87 (1): 232–8. doi : 10.1104 / pp.87.1.232 . PMC 1054731 . PMID 16666109 .
- ^ a b c Pollegioni L, Schonbrunn E, Siehl D (agosto de 2011). "Bases moleculares de diferentes enfoques de resistencia al glifosato a través de la ingeniería de proteínas" . La revista FEBS . 278 (16): 2753–66. doi : 10.1111 / j.1742-4658.2011.08214.x . PMC 3145815 . PMID 21668647 .
- ^ Funke T, Han H, Healy-Fried ML, Fischer M, Schönbrunn E (agosto de 2006). "Base molecular para la resistencia a herbicidas de cultivos Roundup Ready" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 103 (35): 13010–5. Código Bibliográfico : 2006PNAS..10313010F . doi : 10.1073 / pnas.0603638103 . JSTOR 30050705 . PMC 1559744 . PMID 16916934 .
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Las vías AAA consisten en la vía shikimato (vía precorismato) y vías poscorismato individuales que conducen a Trp, Phe y Tyr ... Estas vías se encuentran en bacterias, hongos, plantas y algunos protistas, pero están ausentes en los animales. Por lo tanto, los AAA y algunos de sus derivados (vitaminas) son nutrientes esenciales en la dieta humana, aunque en los animales, la Phe hidroxilasa puede sintetizar el Tyr a partir de Phe ... La ausencia de las vías del AAA en los animales también las convierte en objetivos atractivos para agentes antimicrobianos y herbicidas.
- ^ Cerdeira AL, Duke SO (2006). "El estado actual y los impactos ambientales de los cultivos resistentes al glifosato: una revisión" . Revista de Calidad Ambiental . 35 (5): 1633–58. doi : 10.2134 / jeq2005.0378 . PMID 16899736 .
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- ^ Anderson, Karen S .; Sikorski, James A .; Johnson, Kenneth A. (1988). "Un intermedio tetraédrico en la reacción de EPSP sintasa observado por cinética de extinción rápida". Bioquímica . 27 (19): 7395–7406. doi : 10.1021 / bi00419a034 . PMID 3061457 .
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- ^ Schönbrunn E, Eschenburg S, Shuttleworth WA, Schloss JV, Amrhein N, Evans JN, Kabsch W (febrero de 2001). "Interacción del herbicida glifosato con su enzima objetivo 5-enolpiruvilshikimato 3-fosfato sintasa en detalle atómico" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 98 (4): 1376–80. Código Bibliográfico : 2001PNAS ... 98.1376S . doi : 10.1073 / pnas.98.4.1376 . PMC 29264 . PMID 11171958 .
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Otras lecturas
- Morell H, Clark MJ, Knowles PF, Sprinson DB (enero de 1967). "La síntesis enzimática de los ácidos corísmico y prefénico a partir del ácido 3-enolpiruvilshikímico 5-fosfato" . La revista de química biológica . 242 (1): 82–90. PMID 4289188 .