La carboxipeptidasa A generalmente se refiere a la exopeptidasa pancreática que hidroliza los enlaces peptídicos de los residuos C-terminales con cadenas laterales aromáticas o alifáticas . La mayoría de los científicos en el campo ahora se refieren a esta enzima como CPA1 y a una carboxipeptidasa pancreática relacionada como CPA2 .
Carboxipeptidasa A | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.4.17.1 | |||||||
No CAS. | 9031-98-5 | |||||||
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 | |||||||
|
Tipos
Además, hay otras 4 enzimas de mamíferos denominadas CPA-3 a CPA-6, y ninguna de ellas se expresa en el páncreas. En cambio, estas otras enzimas similares a CPA tienen diversas funciones.
- CPA3 (también conocido como CPA de mastocitos) participa en la digestión de proteínas por los mastocitos .
- CPA4 (anteriormente conocido como CPA-3, pero renumerado cuando el CPA de mastocitos se denominó CPA-3) puede estar involucrado en la progresión del tumor , pero esta enzima no ha sido bien estudiada.
- CPA5 no ha sido bien estudiado.
- El CPA6 se expresa en muchos tejidos durante el desarrollo del ratón y en el adulto muestra una distribución más limitada en el cerebro y varios otros tejidos. CPA6 está presente en la matriz extracelular donde es enzimáticamente activo. Una mutación humana de CPA-6 se ha relacionado con el síndrome de Duane (movimiento ocular anormal). Recientemente, se descubrió que las mutaciones en CPA6 están relacionadas con la epilepsia.
Función
CPA-1 y CPA-2 (y, se supone, todos los demás CPA) emplean un ión zinc dentro de la proteína para la hidrólisis del enlace peptídico en el extremo C-terminal de un residuo de aminoácido. La pérdida de zinc conduce a la pérdida de actividad, que puede ser reemplazada fácilmente por zinc y también por algunos otros metales divalentes ( cobalto , níquel ). La carboxipeptidasa A se produce en el páncreas y es crucial para muchos procesos en el cuerpo humano, como la digestión, la modificación postraduccional de proteínas, la coagulación sanguínea y la reproducción.
Aplicaciones
Esta amplia gama de funciones para una sola proteína la convierte en el modelo ideal para la investigación de otras proteasas de zinc de estructura desconocida. Investigaciones biomédicas recientes sobre colagenasa, encefilinasa y enzima convertidora de angiotensina utilizaron la carboxipeptidasa A para la síntesis de inhibidores y las pruebas cinéticas. Por ejemplo, un medicamento que trata la presión arterial alta, el captopril, se diseñó en base a un inhibidor de la carboxipeptidasa A. La carboxipeptidasa A y la enzima diana de Captopril, la enzima convertidora de angiotensina, tienen estructuras muy similares, ya que ambas contienen un ion zinc dentro del sitio activo. Esto permitió que se usara un potente inhibidor de la carboxipeptidasa A para inhibir la enzima y, por lo tanto, disminuir la presión arterial a través del sistema renina-angiotensina-aldosterona. [1]
Estructura
La carboxipeptidasa A (CPA) contiene un centro metálico de zinc (Zn 2+ ) en una geometría tetraédrica con residuos de aminoácidos en estrecha proximidad alrededor del zinc para facilitar la catálisis y la unión. De los 307 aminoácidos unidos en una cadena peptídica, los siguientes residuos de aminoácidos son importantes para la catálisis y la unión; Glu-270, Arg-71, Arg-127, Asn-144, Arg-145 y Tyr-248. La Figura 1 ilustra el sitio activo del complejo de zinc tetraédrico con los importantes residuos de aminoácidos que rodean el complejo. [2]
El zinc metálico es un catalizador ácido de Lewis electrófilo fuerte que estabiliza una molécula de agua coordinada y también estabiliza los intermedios negativos que se producen a lo largo de la reacción hidrolítica. La estabilización tanto de la molécula de agua coordinada como de los intermedios negativos es asistida por residuos polares en el sitio activo que están muy próximos para facilitar los enlaces de hidrógeno. [2]
El sitio activo se puede caracterizar en dos subsitios denominados S 1 'y S 1 . El subsitio S 1 'es el bolsillo hidrofóbico de la enzima, y Tyr-248 actúa para "tapar" el bolsillo hidrofóbico después de que se une el sustrato o inhibidor (SITE). [2] El enlace de hidrógeno del grupo hidroxilo en Tyr-248 facilita esta conformación debido a la interacción con los carboxilatos terminales de los sustratos que se unen. Se requiere un movimiento sustancial para esta enzima y el modelo de ajuste inducido explica cómo ocurre esta interacción.
Una tríada de residuos interactúa con el carboxilato C-terminal a través de enlaces de hidrógeno:
- Enlace de sal con Arg-145 cargado positivamente
- Enlace de hidrógeno de Tyr-248
- Enlace de hidrógeno del nitrógeno de la amida Asn-144
Mecanismo
Clasificada como metaloexopeptidasa, la carboxipeptidasa A consta de una única cadena polipeptídica unida a un ion zinc. Este ion metálico característico se encuentra dentro del sitio activo de la enzima, junto con cinco residuos de aminoácidos que participan en la unión del sustrato: Arg-71, Arg-127, Asn-144, Arg-145, Tyr-248 y Glu- 270. Los estudios cristalográficos de rayos X han revelado cinco subsitios en la proteína. Estos sitios alostéricos están involucrados en la creación de la especificidad ligando-enzima que se observa en la mayoría de las enzimas bioactivas. Uno de estos subsitios induce un cambio conformacional en Tyr-248 tras la unión de una molécula de sustrato en el sitio activo primario. El hidroxilo fenólico de la tirosina forma un enlace de hidrógeno con el carboxilato terminal del ligando. Además, se forma un segundo enlace de hidrógeno entre la tirosina y un enlace peptídico de sustratos peptídicos más largos. Estos cambios hacen que el enlace entre la enzima y el ligando, ya sea sustrato o inhibidor, sea mucho más fuerte. Esta propiedad de la carboxipeptidasa A condujo a la primera cláusula de la hipótesis del "ajuste inducido" de Daniel E. Koshland, Jr.
El subsitio S 1 es donde ocurre la catálisis en CPA, y el ion zinc está coordinado por residuos de enzimas Glu-72, His-69 e His-196. Existe un plano que biseca el surco del sitio activo donde los residuos Glu-270 y Arg-127 están en lados opuestos del complejo acoplado zinc-agua. El zinc es rico en electrones debido a los ligandos de glutamina que coordinan el zinc porque antes de que el sustrato se una, Glu-72 coordina bidentado pero cambia a monodentado después de que el sustrato se une. Como resultado, el zinc metálico no puede desprotonar la molécula de agua coordinada para producir un nucleófilo hidroxilo. [2]
Glu-270 y Arg-127 juegan un papel importante en la catálisis que se muestra en la Figura 2. Arg-127 actúa para estabilizar el carbonilo del sustrato que está unido al grupo amino de la fenilalanina. Simultáneamente, la molécula de agua coordinada con el zinc es desprotonada por Glu-270 e interactúa con el carbonilo estabilizado por Arg-127. Esto crea un intermedio, que se muestra en la Figura 2, donde el oxígeno cargado negativamente se coordina con el zinc y, a través de interacciones electrostáticas desfavorables entre Glu-270 y el producto ionizado, facilita la liberación del producto al final de la catálisis. [2]
En estudios computacionales recientes, el mecanismo de catálisis es similar, pero la diferencia en el mecanismo es que la molécula de agua desprotonada se une al carbono del carbonilo, mientras que la Figura 2 muestra que el grupo hidroxilo permanece coordinado con el zinc. Luego se produce la proteólisis y la molécula de agua se vuelve a introducir en el sitio activo para coordinarse con el zinc. [3]
Se han realizado varios estudios que exploran los detalles del enlace entre la carboxipeptidasa A y el sustrato y cómo esto afecta la tasa de hidrólisis. En 1934, se descubrió por primera vez a través de experimentos cinéticos que, para que el sustrato se una, el péptido que se va a hidrolizar debe estar adyacente a un grupo hidroxilo libre terminal. Además, la velocidad de hidrólisis se puede mejorar si el residuo C-terminal es alifático o aromático ramificado. Sin embargo, si el sustrato es un dipéptido con un grupo amino libre, sufre hidrólisis lentamente; esto, sin embargo, puede evitarse si el grupo amino es bloqueado por N-acilación [4]
Está bastante claro que la estructura de la enzima, para ser específico del sitio activo, es muy importante para comprender el mecanismo de reacción. Por esta razón, Rees y sus colegas estudiaron el complejo enzima-ligando para obtener una respuesta clara sobre el papel del ion zinc. Estos estudios encontraron que, en la enzima libre, el número de coordinación del zinc es cinco; el centro metálico está coordinado con dos nitrógenos de imidazol Nδ1, los dos oxígenos carboxilato del glutamato-72 y una molécula de agua para formar un tetraédrico distorsionado. Sin embargo, una vez que el ligando se une al sitio activo de la carboxipeptidasa A, este número de coordinación puede variar de cinco a seis. Cuando se une al dipéptido glicil-L-tirosina, el nitrógeno amínico del dipéptido y el oxígeno del carbonilo sustituyen al ligando de agua. Esto produciría un número de coordinación de seis para el zinc en el complejo carboxipeptidasa A-dipéptido glicil-L-tirosina. Los mapas de densidad de electrones dieron evidencia de que el nitrógeno amino ocupa una segunda posición cerca del glutamato-270. La proximidad de estos dos residuos daría como resultado un impedimento estérico que evitaría que el ligando de agua se coordinara con el zinc. Esto daría como resultado un número de coordinación de cinco. Los datos para ambos son sustanciales, lo que indica que ambas situaciones ocurren naturalmente [5]
Hay dos mecanismos propuestos para la función catalítica de la carboxipeptidasa A. El primero es una ruta nucleofílica que involucra un intermedio de enzima acilo covalente que contiene la base del sitio activo Glu-270. La evidencia de este intermedio anhídrido es mixta; Suh y sus colegas aislaron lo que se supone que es el intermedio de acilo. Sin embargo, la confirmación de la enzima acil se realizó sin experimentos de captura, lo que hizo que las conclusiones fueran débiles. [1]
El segundo mecanismo propuesto es una vía de agua promovida. Este mecanismo implica el ataque de una molécula de agua en el enlace peptídico escindible del sustrato. Este proceso es promovido por el ion zinc y asistido por el residuo Glu-270. [1]
Ver también
- Inhibidor de la carboxipeptidasa A
- Carboxipeptidasa B
- Carboxipeptidasa
- Carboxipeptidasa E
Referencias
- ↑ a b c Christianson DW, Lipscomb WN (febrero de 1989). "Carboxipeptidasa A". Cuentas de Investigación Química . 22 (2): 62–9. doi : 10.1021 / ar00158a003 .
- ^ a b c d e Christianson, D., W. y Lipscomb, W., N. (1989) Carboxypeptidase A. American Chemical Society , Vol (22): 62-69.
- ^ Valdez CE, Morgenstern A, Eberhart ME, Alexandrova AN (noviembre de 2016). "Métodos predictivos para el rediseño computacional de metaloenzimas - un caso de prueba con carboxipeptidasa A" . Física Química Física Química . 18 (46): 31744–31756. Código Bibliográfico : 2016PCCP ... 1831744V . doi : 10.1039 / c6cp02247b . PMID 27841396 .
- ^ Lipscomb WN (marzo de 1970). "Estructura y mecanismo de la actividad enzimática de la carboxipeptidasa A y relaciones con la secuencia química". Cuentas de Investigación Química . 3 (3): 81–9. doi : 10.1021 / ar50027a001 .
- ^ Rees DC, Lewis M, Honzatko RB, Lipscomb WN, Hardman KD (junio de 1981). "Entorno de zinc y enlaces peptídicos cis en carboxipeptidasa A con una resolución de 1,75-A" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 78 (6): 3408–12. Código Bibliográfico : 1981PNAS ... 78.3408R . doi : 10.1073 / pnas.78.6.3408 . PMC 319577 . PMID 6943549 .
enlaces externos
- La base de datos en línea MEROPS para peptidasas y sus inhibidores: M14.001
- Carboxipeptidasas + A en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .