Proteína Dirigent

Las proteínas dirigidas son miembros de una clase de proteínas que dictan la estereoquímica de un compuesto sintetizado por otras enzimas. ^[1] La primera proteína dirigente se descubrió en Forsythia intermedia . Se ha descubierto que esta proteína dirige la biosíntesis estereoselectiva de (+) - pinoresinol a partir de monómeros de alcohol de coniferilo: ^[2]

La biosíntesis de lignanos es catalizada por enzimas oxidativas . ^[3] En el tubo de ensayo, la reacción da como resultado una mezcla heterógena de compuestos diméricos. ^[4] Cuando una proteína dirigente está presente durante la reacción, un estereoisómero de un compuesto está altamente enriquecido. Las proteínas dirigidas parecen no poseer por sí mismas ninguna actividad formadora de radicales oxidativos; en ausencia de enzima oxidativa, no se producirá ninguna reacción. ^[5]

Recientemente, se identificó una segunda proteína dirigente enantiocomplementaria en Arabidopsis thaliana , que dirige la síntesis enantioselectiva de (-) - pinoresinol . ^[6]

Actividad

En la biosíntesis de lignanos , las enzimas oxidativas realizan la transferencia de electrones acoplados a protones para eliminar un átomo de hidrógeno de los monolignoles , formando un radical intermedio. Estos intermedios luego se acoplan en una reacción de terminación de radicales para formar uno de una variedad de dímeros, conocidos como lignanos . ^{[7] Las} reacciones in vitro del alcohol de coniferilo (un monolignol común ) en presencia de enzimas oxidativas producen una amplia variedad de dímeros diferentes en concentraciones variables. ^[8] Cuando la proteína dirigente de " Forsythia intermedia " está presente, la producción de (+) - pinoresinolestá muy enriquecido y otros productos son mucho menos abundantes. Debido a que este enriquecimiento es tan pronunciado, se plantea la hipótesis de que la enzima produce (+) - pinoresinol exclusivamente y compite con la reacción de acoplamiento no mediada por proteínas, que produce una mezcla heteróloga de productos. ^[9] Esto se ha confirmado analizando las diversas mezclas producidas con diferentes concentraciones de proteínas dirigentes presentes. El mecanismo por el cual se logra esta estereoselectividad no se comprende bien en este momento. Sin embargo, dado que no se produce ninguna reacción en ausencia de enzimas oxidativas, la proteína dirigente no parece catalizar por sí misma la oxidación del alcohol de coniferilo para formar radicales.

En presencia de la proteína dirigente de Forsythia intermedia , la producción de (+) - pinoresinol se enriquece en gran medida mientras que se inhibe la producción de otros productos de dimerización.

La actividad de la proteína dirigente de Forsythia intermedia es específica del alcohol de coniferilo. ^[10] Cuando otros monolignol, como el alcohol p-cumarílico y el alcohol sinapílico , reaccionan in vitro con enzimas oxidativas en presencia de proteína dirigente, producen una mezcla heteróloga de productos indistinguibles de experimentos idénticos en ausencia de proteína dirigente.

Estructura

Los experimentos de dicroísmo circular han demostrado que la estructura secundaria de la proteína dirigente de Forsythia intermedia se compone principalmente de láminas plegadas en β y estructuras de bucle. La estructura terciaria no se ha resuelto, pero se ha confirmado que la proteína es dimérica. Cada dímero tiene un único sitio de unión para el alcohol de coniferilo, para un total de dos sitios de unión. ^[11] Un alcohol de coniferilo puede unirse a cada sitio, de modo que la geometría de la reacción entre los dos se limita, aumentando la producción de (+) - pinoresinol e inhibiendo la producción de otros productos.

Importancia biológica

En ausencia de proteína dirigente, el pinoresinol es un producto relativamente menor de la biosíntesis de lignanos. Cuando la proteína dirigente está presente, se convierte en el producto principal. El significado biológico del (+) - pinoresinol en las plantas no se comprende completamente, pero se ha descubierto que es eficaz como elemento disuasorio de la alimentación contra las hormigas en las orugas de la mariposa de la col , que obtienen el compuesto de su dieta. ^[12] Puede tener un propósito defensivo similar en Forsythia intermedia . ^[13]

Referencias

1. Nicholson, Ralph L .; Wilfred Vermerris; Vermerris Wilfred (2006). Bioquímica de compuestos fenólicos . Berlín: Springer. pp.  107 -108. ISBN 1-4020-5163-8.
2. Davin LB, Wang HB, Crowell AL, et al. (1997). "Acoplamiento de radicales fenoxi bimolecular estereoselectivo por una proteína auxiliar (dirigente) sin un centro activo". Ciencia . 275 (5298): 362–6. doi : 10.1126 / science.275.5298.362 . PMID 8994027 . S2CID 41957412 .  
3. Ward RS (1982). "La síntesis de lignanos y neolignanos" . Reseñas de la Sociedad Química . 11 (2): 75-125. doi : 10.1039 / CS9821100075 .
4. Fournand D, Cathala B, Lapierre C (enero de 2003). "Pasos iniciales de la polimerización catalizada por peroxidasa de alcohol coniferílico y / o aldehído sinapílico: estudio de electroforesis de zona capilar del efecto del pH". Fitoquímica . 62 (2): 139–46. doi : 10.1016 / S0031-9422 (02) 00573-3 . PMID 12482448 . 
5. Davin LB; Lewis NG (agosto de 2005). "Acoplamiento de radicales fenoxi dirigidos: avances y desafíos". Opinión Actual en Biotecnología . 16 (4): 398–406. doi : 10.1016 / j.copbio.2005.06.010 . PMID 16023845 . 
6. Pickel B, Constantin MA, Pfannsteil J, Conrad J, Beifuss U, Schaffer A (marzo de 2007). "Una proteína dirigente enantiocomplementaria para el acoplamiento oxidativo catalizado por lacasas enantioselectivas de fenoles". Angewandte Chemie . 53 (4): 273-284. doi : 10.1007 / s10086-007-0892-x . S2CID 195313754 . 
7. Sarkanen, Simo; Lewis, Norman (1998). Biosíntesis de lignina y lignanos . Columbus, OH: Sociedad Química Estadounidense. ISBN 0-8412-3566-X.
8. Fournand D, Cathala B, Lapierre C (enero de 2003). "Pasos iniciales de la polimerización catalizada por peroxidasa de alcohol coniferílico y / o aldehído sinapílico: estudio de electroforesis de zona capilar del efecto del pH". Fitoquímica . 62 (2): 139–46. doi : 10.1016 / S0031-9422 (02) 00573-3 . PMID 12482448 . 
9. Halls SC, Davin LB, Kramer DM, Lewis NG (2004). "Estudio cinético de la unión de radicales de alcohol coniferílico a la proteína dirigente formadora de (+) - pinoresinol". Bioquímica . 43 (9): 2587–95. doi : 10.1021 / bi035959o . PMID 14992596 . 
10. Kim, MK; Jeon J.-H .; Fujita M .; Davin LB; Lewis NG (2002). "La familia de cedro rojo occidental (Thuja plicata) 8-8 ′ DIRIGENT muestra diversos patrones de expresión y especificidad de acoplamiento de monolignol conservada". Biología Molecular Vegetal . 49 (2): 199–214. doi : 10.1023 / A: 1014940930703 . PMID 11999375 . S2CID 8042373 .  
11. Halls SC, Lewis NG (julio de 2002). "Estructuras secundarias y cuaternarias de la (+) - proteína dirigente formadora de pinoresinol". Bioquímica . 41 (30): 9455–61. doi : 10.1021 / bi0259709 . PMID 12135368 . 
12. Schroeder FC, del Campo ML, Grant JB, et al. (Octubre de 2006). "Pinoresinol: un lignol de origen vegetal que sirve de defensa en una oruga" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 103 (42): 15497–501. doi : 10.1073 / pnas.0605921103 . PMC 1622851 . PMID 17030818 .  
13. Schmitt J, Peterson M (2002). "Acumulación de pinoresinol y matairesinol en un cultivo en suspensión de células Forsythia × intermedia". Cultivo de células, tejidos y órganos vegetales . 68 (1): 91–98. doi : 10.1023 / A: 1012909131741 . S2CID 19282302 .