En enzimología , una homoserina deshidrogenasa ( EC 1.1.1.3 ) es una enzima que cataliza la reacción química.
Homoserina deshidrogenasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Homoserine_dh | |||||||
Pfam | PF00742 | |||||||
InterPro | IPR001342 | |||||||
PROSITE | PDOC00800 | |||||||
SCOP2 | 1ebu / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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Homoserina deshidrogenasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.1.1.3 | |||||||
No CAS. | 9028-13-1 | |||||||
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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- L-homoserina + NAD (P) +L-aspartato 4-semialdehído + NAD (P) H + H +
Los 2 sustratos de esta enzima son L-homoserina y NAD + (o NADP + ), mientras que sus 3 productos son L-aspartato 4-semialdehído, NADH (o NADPH ) y H + .
Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , concretamente las que actúan sobre el grupo CH-OH del donante con NAD + o NADP + como aceptor. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es L-homoserina: NAD (P) + oxidorreductasa . Otros nombres de uso común incluyen HSDH y HSD .
La homoserina deshidrogenasa cataliza el tercer paso en la vía del aspartato ; la reducción dependiente de NAD (P) del aspartato beta-semialdehído en homoserina . [1] [2] La homoerina es un intermediario en la biosíntesis de treonina , isoleucina y metionina . [3]
Estructura enzimática
La enzima se puede encontrar en forma monofuncional, en algunas bacterias y levaduras . El análisis estructural de la enzima monofuncional de levadura indica que la enzima es un dímero compuesto de tres regiones distintas; un dominio de unión a nucleótidos N-terminal, una región de dimerización central corta y un dominio catalítico C-terminal . [4] El dominio N-terminal forma un pliegue de Rossmann modificado , mientras que el dominio catalítico forma una nueva hoja mixta alfa-beta.
La enzima también se puede encontrar en una forma bifuncional que consiste en un dominio de aspartoquinasa N-terminal y un dominio de homoserina deshidrogenasa C-terminal , como se encuentra en bacterias como Escherichia coli y en plantas . [5]
La enzima bifuncional aspartoquinasa homoserina deshidrogenasa (AK-HSD) tiene un regulador de dominio que se compone de dos subdominios con un común bucle - hélice alfa -loop- hebra beta hebra bucle-beta motivo. Cada subdominio contiene un dominio ACT que permite la regulación compleja de varias funciones proteicas diferentes. [5] El gen AK-HSD codifica la aspartato quinasa, un dominio intermedio (que codifica la región enlazadora entre las dos enzimas en la forma bifuncional) y, finalmente, la secuencia codificante de la homoserina deshidrogenasa. [6] [7]
A finales de 2007, se han resuelto 4 estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1EBF , 1EBU , 1Q7G y 1TVE .
Mecanismo enzimático
La homoserina deshidrogenasa cataliza la reacción de aspartato-semialdehído (ASA) a homoserina . La reacción global reduce el grupo funcional ácido carboxílico C4 de ASA a un alcohol primario y oxida el aldehído C1 a un ácido carboxílico. Se cree que los residuos Glu 208 y Lys 117 están implicados en el sitio catalítico activo de la enzima. Se ha demostrado que Asp 214 y Lys 223 son importantes para la transferencia de hidruros en la reacción catalizada. [4]
Una vez que el ácido carboxílico C4 se reduce a un aldehído y el aldehído C1 se oxida a un ácido carboxílico, los experimentos sugieren que Asp 219, Glu 208 y una molécula de agua se unen a ASA en el sitio activo mientras que Lys 223 dona un protón al aspartato-semialdehído. Oxígeno C4. La homoserina deshidrogenasa tiene un cofactor NAD (P) H , que luego dona un hidrógeno al mismo carbono, reduciendo efectivamente el aldehído a un alcohol . [4] (Consulte las figuras 1 y 2).
Sin embargo, el mecanismo preciso de la catálisis completa de homoserina deshidrogenasa sigue siendo desconocido. [4]
Se ha postulado que la reacción catalizada por homoserina deshidrogenasa procede a través de un mecanismo bi-bi cinético , en el que el cofactor NAD (P) H se une primero a la enzima y es el último en disociarse de la enzima una vez que se completa la reacción. [6] [8] Además, aunque tanto NADH como NADPH son cofactores adecuados para la reacción, se prefiere NADH. La K m de la reacción es cuatro veces menor con NADH y la K cat / K m es tres veces mayor, lo que indica una reacción más eficiente. [9]
La homoserina deshidrogenasa también exhibe una cinética de múltiples órdenes a niveles subsaturantes de sustrato. Además, la cinética variable para la homoserina deshidrogenasa es un artefacto de la disociación más rápida del sustrato de aminoácido del complejo enzimático en comparación con la disociación del cofactor . [8] [10]
Función biológica
La vía metabólica del aspartato está involucrada tanto en el almacenamiento de asparagina como en la síntesis de los aminoácidos de la familia del aspartato . [11] La homoerina deshidrogenasa cataliza un paso intermedio en esta vía de almacenamiento y utilización de nitrógeno y carbono . [12] (Consulte la figura 3).
En los organismos fotosintéticos, la glutamina , el glutamato y el aspartato se acumulan durante el día y se utilizan para sintetizar otros aminoácidos. Por la noche, el aspartato se convierte en asparagina para su almacenamiento. [12] Además, el gen de la aspartato quinasa-homoserina deshidrogenasa se expresa principalmente en tejidos de plantas jóvenes en crecimiento activo, particularmente en los meristemos apicales y laterales . [13]
Los mamíferos carecen de las enzimas implicadas en la vía metabólica del aspartato, incluida la homoserina deshidrogenasa. Como la lisina , treonina , metionina e isoleucina se producen en esta vía, se consideran aminoácidos esenciales para los mamíferos. [6]
Regulación biológica
Tanto la homoserina deshidrogenasa como la aspartato quinasa están sujetas a una regulación significativa (consulte la figura 3). La HSD es inhibida por productos posteriores de la vía metabólica del aspartato, principalmente treonina . La treonina actúa como un inhibidor competitivo tanto de la HSD como de la aspartato quinasa. [14] En los organismos que expresan AK-HSD, uno de los sitios de unión de treonina se encuentra en la región enlazadora entre AK y HSD, lo que sugiere una posible inhibición alostérica de ambas enzimas. [6]
Sin embargo, existen algunas formas de HSD resistentes a la treonina que requieren concentraciones de treonina mucho mayores que las fisiológicamente presentes para la inhibición. Estas formas de HSD insensibles a la treonina se utilizan en plantas modificadas genéticamente para aumentar la producción de treonina y metionina para obtener un mayor valor nutricional. [6]
La homoserina deshidrogenasa también está sujeta a regulación transcripcional . Su secuencia promotora contiene una secuencia TGACTC del elemento regulador cis, que se sabe que está involucrada en otras rutas biosintéticas de aminoácidos . El elemento regulador Opaque2 también se ha implicado en la regulación de la homoserina deshidrogenasa, pero sus efectos aún no están bien definidos. [7]
En las plantas, también existe una regulación ambiental de la expresión del gen AK-HSD . Se ha demostrado que la exposición a la luz aumenta la expresión del gen AK-HSD, presumiblemente relacionado con la fotosíntesis . [12] [13]
Relevancia de la enfermedad
En los seres humanos, ha habido un aumento significativo de enfermedades por hongos patógenos , por lo que el desarrollo de fármacos antifúngicos es una tarea bioquímica importante. [15] Como la homoserina deshidrogenasa se encuentra principalmente en plantas, bacterias y levaduras , pero no en mamíferos, es un objetivo importante para el desarrollo de fármacos antimicóticos . [16] Recientemente, se descubrió que la 5-hidroxi-4-oxonorvalina (HON) apunta e inhibe la actividad de las HSD de manera irreversible. HON es estructuralmente similar al aspartato semialdehído, por lo que se postula que sirve como inhibidor competitivo de HSD. Asimismo, también se ha demostrado que el ácido (S) 2-amino-4-oxo-5-hidroxipentanoico (RI-331), otro análogo de aminoácido , inhibe la HSD. [16] Ambos compuestos son eficaces contra Cryptococcus neoformans y Cladosporium fulvum , entre otros. [17]
Además de los análogos de aminoácidos, se ha demostrado que varios compuestos fenólicos inhiben la actividad HSD. Como HON y RI-331, estas moléculas son inhibidores competitivos que se unen al sitio activo de la enzima . Específicamente, el grupo hidroxilo fenólico interactúa con el sitio de unión del aminoácido . [15] [18]
Referencias
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