Una tríada catalítica es un conjunto de tres aminoácidos coordinados que se pueden encontrar en el sitio activo de algunas enzimas . [1] [2] Las tríadas catalíticas se encuentran más comúnmente en las enzimas hidrolasas y transferasas (por ejemplo, proteasas , amidasas , esterasas , acilasas, lipasas y β-lactamasas ). Una tríada ácido - base - nucleófilo es un motivo común para generar un residuo nucleófilo para la catálisis covalente . Los residuosforman una red de relevo de carga para polarizar y activar el nucleófilo, que ataca el sustrato , formando un intermedio covalente que luego se hidroliza para liberar el producto y regenerar la enzima libre. El nucleófilo es más comúnmente un aminoácido serina o cisteína , pero ocasionalmente treonina o incluso selenocisteína . La estructura 3D de la enzima reúne los residuos de la tríada en una orientación precisa, aunque pueden estar muy separados en la secuencia ( estructura primaria ). [3]
Además de la evolución divergente de la función (e incluso el nucleófilo de la tríada), las tríadas catalíticas muestran algunos de los mejores ejemplos de evolución convergente . Las limitaciones químicas de la catálisis han llevado a que la misma solución catalítica evolucione independientemente en al menos 23 superfamilias separadas . [2] Su mecanismo de acción es, en consecuencia, uno de los mejor estudiados en bioquímica . [4] [5]
Las enzimas tripsina y quimotripsina se purificaron por primera vez en la década de 1930. [6] Una serina en cada tripsina y quimotripsina fue identificada como el nucleófilo catalítico (por modificación de diisopropil fluorofosfato ) en la década de 1950. [7] La estructura de la quimotripsina se resolvió mediante cristalografía de rayos X en la década de 1960, mostrando la orientación de la tríada catalítica en el sitio activo. [8] Se secuenciaron y alinearon otras proteasas para revelar una familia de proteasas relacionadas, [9] [10] [11] ahora llamada familia S1. Simultáneamente, las estructuras de la papaína y la papaína no relacionadas evolutivamenteSe encontró que las proteasas de subtilisina contienen tríadas análogas. El mecanismo de "relé de carga" para la activación del nucleófilo por los otros miembros de la tríada se propuso a fines de la década de 1960. [12] A medida que se resolvieron más estructuras de proteasa mediante cristalografía de rayos X en las décadas de 1970 y 1980, se encontraron tríadas homólogas (como la proteasa TEV ) y análogas (como la papaína). [13] [14] [15] El sistema de clasificación MEROPS en las décadas de 1990 y 2000 comenzó a clasificar las proteasas en superfamilias de enzimas relacionadas estructuralmente y, por lo tanto, actúa como una base de datos de la evolución convergente de tríadas en más de 20 superfamilias.[16] [17] La comprensión de cómo las limitaciones químicas en la evolución llevaron a la convergencia de tantas familias de enzimas en las mismas geometrías de tríadasse desarrolló en la década de 2010. [2]
Desde su descubrimiento inicial, ha habido investigaciones cada vez más detalladas de su mecanismo catalítico exacto. De particular controversia en las décadas de 1990 y 2000 fue si el enlace de hidrógeno de barrera baja contribuyó a la catálisis, [18] [19] [20] o si el enlace de hidrógeno ordinario es suficiente para explicar el mecanismo. [21] [22] La enorme cantidad de trabajo sobre la catálisis covalente de relé de carga utilizada por las tríadas catalíticas ha llevado a que el mecanismo sea el mejor caracterizado en toda la bioquímica. [4] [5] [21]
Las enzimas que contienen una tríada catalítica la utilizan para uno de dos tipos de reacción: para dividir un sustrato ( hidrolasas ) o para transferir una porción de un sustrato a un segundo sustrato ( transferasas ). Las tríadas son un conjunto interdependiente de residuos en el sitio activo de una enzima y actúan en concierto con otros residuos (por ejemplo, sitio de unión y orificio de oxianión ) para lograr la catálisis nucleofílica . Estos residuos de la tríada actúan juntos para hacer que el miembro nucleófilo sea altamente reactivo , generando un intermedio covalente con el sustrato que luego se resuelve para completar la catálisis. [cita requerida ]