La cistationina beta-liasa ( EC 4.4.1.8 ), también conocida comúnmente como CBL o beta-cistationasa , es una enzima que cataliza principalmente la siguiente reacción de eliminación α, β [1]
cistationina beta-liasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 4.4.1.8 | |||||||
No CAS. | 9055-05-4 | |||||||
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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Así, el sustrato de esta enzima es L-cistationina , mientras que sus 3 productos son homocisteína , piruvato y amoniaco . [2] [3] [4]
La cistationina beta-liasa, que se encuentra en plantas , bacterias y levaduras , es una parte esencial de la vía de biosíntesis de metionina , ya que la homocisteína puede convertirse directamente en metionina mediante la metionina sintasa . [3] [5] [6] La enzima pertenece a la familia γ de enzimas dependientes de PLP debido a su uso de un cofactor de piridoxal-5'-fosfato (PLP) para escindir la cistationina. [7] La enzima también pertenece a la familia de las liasas , específicamente a la clase de liasas de carbono-azufre. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es L-cistationina L-homocisteína-liasa (desaminadora; formadora de piruvato) . Este participa la enzima en 5 vías metabólicas : metabolismo de la metionina , el metabolismo de la cisteína , el metabolismo de ácido con selenio , el metabolismo del nitrógeno , y metabolismo del azufre .
Estructura
La cistationina beta-liasa es un tetrámero compuesto de subunidades idénticas y se construye como un dímero de dímeros, cada uno asociado con una molécula de PLP unida al sitio catalítico por un residuo de lisina . [6] [8] El dímero está formado por dos monómeros asociados a través de varias interacciones electrostáticas , de enlace de hidrógeno e hidrófobas , mientras que el tetrámero se estabiliza mediante interacciones entre los dominios N-terminales y las hélices α clave . [3]
La mayoría de los residuos del sitio catalítico de la enzima se conservan entre las enzimas implicadas en la vía de transulfuración . [6] Otros miembros incluyen cistationina gamma-sintasa , cistationina gamma-liasa y metionina gamma liasa . [9] [10] Además, estas estructuras exhiben un pliegue tipo I y pertenecen a la familia de la aspartato aminotransferasa (AAT), caracterizada por homodímeros con simetría diedro y sitios activos compuestos por residuos que pertenecen a subunidades adyacentes. [11] [12]
Monómero
El monómero de cistationina beta-liasa consta de tres dominios funcional y estructuralmente distintos:
Dominio N-terminal
Compuesto por tres hélices α y una hebra beta que contribuyen a la formación de la estructura cuaternaria . [6] [13] Este dominio contiene residuos que interactúan con el sitio activo de la subunidad vecina para facilitar la unión del sustrato y cofactor. [4]
Dominio de unión a PLP
Contiene la mayoría de los residuos catalíticamente relevantes de la enzima. Se compone de hélices α y láminas β con una lámina β de siete hebras paralela distinta. Estas hojas forman una estructura curva alrededor de la hélice de unión de PLP. El PLP se une covalentemente a un residuo de lisina en el extremo C-terminal de la hoja. [3] [4]
Dominio C-terminal
Dominio más pequeño de la enzima, que está unido al dominio de unión a PLP mediante una hélice α larga y retorcida. El dominio está estructurado en una hoja β antiparalela de cuatro hebras con hélices vecinas. [4]
Sitio catalítico
Además de unirse a un residuo de lisina, el PLP se fija dentro del sitio de unión del sustrato de la enzima a través de diversas interacciones con los residuos catalíticos. Los residuos que contienen amina e hidroxilo se encuentran a una distancia de enlace de hidrógeno con los cuatro oxígenos de fosfato . [3] Este grupo fosfato se considera el principal contribuyente para asegurar PLP en el sitio activo. Además, los residuos vecinos del nitrógeno de piridina en PLP ayudan a estabilizar su carga positiva , aumentando así su carácter electrofílico . [14]
El anillo aromático en PLP está fijado en su lugar por un residuo de tirosina casi coplanar . Se cree que esta configuración aumenta el carácter sumidero de electrones del cofactor. Estas interacciones de apilamiento entre PLP y cadenas laterales aromáticas se pueden encontrar en la mayoría de las enzimas dependientes de PLP, ya que desempeñan un papel importante en la catalización de la reacción al facilitar la transaldiminación. [15]
Mecanismo
Como se muestra en el mecanismo a continuación, la cistationina beta-liasa facilita la escisión del enlace SC en la cistationina con el uso de un cofactor de PLP unido a un residuo de lisina catalítica. [3] [4] Inicialmente, se necesita un grupo amino desprotonado para realizar la reacción de transaldiminación. [13] Dado que el pH óptimo de la enzima está entre 8,0 y 9,0, existe un residuo de tirosina en la bolsa catalítica como fenolato , que extrae un protón del grupo α-amino del sustrato. [5] [6] En el siguiente paso, la amina desprotonada sufre un ataque nucleofílico y desplaza la lisina para formar una base de Schiff , formando una aldimina interna .
La lisina liberada ahora puede extraer el protón del C α y formar un intermedio quinoide , lo que se ve facilitado por la deslocalización de la carga negativa sobre el sistema p conjugado de PLP . [14] Posteriormente, la protonación de S γ induce la escisión del enlace C β- S γ , liberando así homocisteína [3] [13]
La aldimina externa es desplazada por el ataque nucleofílico de la lisina, regenerando la aldimina interna catalíticamente activa y liberando deshidroalanina . [4] Por último, la enamina se tautomeriza en una imina que sufre desaminación hidrolítica para formar piruvato y amoníaco. [dieciséis]
Inhibición
Las beta-liasas de cistationina vegetales y bacterianas son inhibidas por el aminoácido antimicrobiano L-aminoetoxibinilglicina (AVG) y el aminoácido antibacteriano rizobitoxina. [3]
Plantas
La cistationina beta-liasa en plantas exhibe un proceso de inactivación del mecanismo de dos pasos con AVG, en el cual se forma un complejo enzima-inhibidor reversible antes de la inactivación irreversible de la enzima:
La adición excesiva de cistationina impidió la inactivación de la enzima, lo que sugiere que AVG actúa como un inhibidor competitivo con respecto a la cistationina. [5] Además, se ha demostrado que la enzima es sensible a los inhibidores de los bloqueadores de tiol , como la N-etilmaleimida y la idoacetamida . [8] [17]
Bacterias
A diferencia de las plantas, la cistationina beta-liasa en bacterias exhibe un mecanismo de inhibición de un solo paso:
Mediante métodos cinéticos y cristalografía de rayos X , se observó una inhibición de unión lenta dependiente del tiempo. Se cree que el inhibidor se une a la enzima de forma similar al sustrato; sin embargo, después de la abstracción del α-protón, la reacción procede para crear un derivado de PLP de cetimina inactivo. [18]
Evolución
La cistationina beta-liasa de Arabidopsis posee un 22% de homología con su contraparte de Escherichia coli e incluso una homología mayor (entre 28% y 36%) con la cistationina λ-sintasa de fuentes vegetales y bacterianas y la cistationina λ-liasa de Saccharomyces cerevisiae . [19] Todas estas enzimas están involucradas en la vía biosintética Cys / Met y pertenecen a la misma clase de enzimas dependientes de PLP, lo que sugiere que estas enzimas se derivaron de un ancestro común. [6] [20]
Relevancia industrial
La cistationina beta-liasa cataliza la producción de homocisteína, un precursor directo de la metionina. La metionina es un aminoácido esencial para las bacterias que se requiere para la síntesis de proteínas y la síntesis de S-adenosilmetionina ; por tanto, el aminoácido está directamente ligado a la replicación del ADN . Debido a su necesidad en la replicación del ADN, la inhibición de la cistationina beta-liasa es un objetivo antibiótico atractivo. [21] Además, la enzima está ausente en los seres humanos, lo que reduce la posibilidad de efectos secundarios dañinos y no deseados . [22]
Los estudios han relacionado la actividad antifúngica de varios agentes antifúngicos con la inhibición de la cistationina beta-liasa; sin embargo, otros estudios no han observado inhibición enzimática por estos. Se necesitan más investigaciones para caracterizar el alcance total que tiene la inhibición de la cistationina beta-liasa sobre el crecimiento microbiano y fúngico. [21]
Referencias
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