La molibdopterina sintasa ( EC 2.8.1.12 , MPT sintasa ) es una enzima necesaria para sintetizar molibdopterina (MPT) a partir del precursor Z (ahora conocido como monofosfato de piranopterina cíclico ). [1] [2] La molidopterina se compleja posteriormente con molibdeno para formar el cofactor de molibdeno (MoCo). MPT sintasa cataliza la siguiente reacción química :
Molibdopterina sintasa | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||||
CE no. | 2.8.1.12 | |||||||
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 | |||||||
|
- precursor Z + 2 [proteína transportadora de azufre de molibdopterina-sintasa] -Gly-NH-CH 2 -C (O) SH + H 2 O molibdopterina + 2 proteína transportadora de azufre de molibdopterina sintasa
La molibdopterina sintasa es heterodimérica y está codificada por el gen MOCS2 . [3] Las deficiencias genéticas de enzimas como la MPT sintasa, que están involucradas en la biosíntesis de MoCo , conducen a la deficiencia de MoCo , una enfermedad rara que resulta en anomalías neurológicas graves. [4] [5] [6] [7]
Estructura
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/3/3f/MPT_Synthase_Human_Crystal_Structure.png/220px-MPT_Synthase_Human_Crystal_Structure.png)
La estructura cristalina de alta resolución de la MPT sintasa muestra que la enzima tiene una estructura heterotetramétrica compuesta de dos subunidades pequeñas (MoaD en procariotas ) y dos subunidades grandes (MoaE en procariotas) con las subunidades pequeñas en los extremos opuestos de un dímero de subunidad grande central . [1] [4] [5] El extremo C-terminal de cada subunidad pequeña se inserta en una subunidad grande para formar el sitio activo . [4] En la forma activada de la enzima, el extremo C-terminal está presente como un tiocarboxilato , que actúa como donante de azufre del precursor Z en la biosíntesis de MoCo . [4] Como resultado, el sitio activo de la enzima debe estar muy cerca del extremo C-terminal de la subunidad pequeña (es decir, MoaD en procariotas). La estructura cristalina de alta resolución de la enzima también revela la presencia de un bolsillo de unión para el fosfato terminal de la molibdopterina y sugiere un posible sitio de unión para el resto de pterina presente tanto en el precursor Z como en la molibdopterina. [8]
La similitud estructural entre la ubiquitina y la pequeña subunidad de MPT sintasa apunta a la relación evolutiva de la vía de biosíntesis de MoCo y la vía de degradación de proteínas dependiente de ubiquitina . [4] [9] Específicamente, la pequeña subunidad MoaD en procariotas es una secuencia homóloga de Urm1 , lo que indica que la MPT sintasa probablemente comparte un ancestro común con la ubiquitina. [9]
Mecanismo
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/0/04/MPT_Synthase_Reaction_Mechanism.png/220px-MPT_Synthase_Reaction_Mechanism.png)
La biosíntesis de MoCo es una vía antigua y evolutivamente conservada presente en eucariotas , eubacterias y arquea , que se puede dividir en tres pasos principales. [4] El primer paso implica la conversión de un nucleótido de guanosina en el precursor Z. [4] [10] En el siguiente paso, la MPT sintasa cataliza la incorporación del resto ditioleno al precursor Z, que lo convierte en molibdopterina. [4] Más específicamente, esta interconversión implica la apertura del anillo de fosfato cíclico del precursor Z y la adición de dos grupos sulfhidrilo de cadena lateral . [10] E-coli MPT sintasa se activa mediante la formación de un grupo tiocarboxilato en la segunda glicina de su motivo Gly-Gly C-terminal , que sirve como donante de azufre para la formación del grupo diotioleno en MPT. [5] [11] Es decir, el mecanismo de la MPT sintasa depende de la interconversión entre la forma activada de MoaD con el grupo tiocarboxilato y la proteína MoaE [8] En el paso final de la biosíntesis de MoCo , el molibdeno se incorpora a MPT por el gefirina de proteína de dos dominios . [5] [6] La MPT sintasa sulfurilasa recarga la MPT sintasa con un átomo de azufre después de cada ciclo catalítico. [9]
Función biológica
La MPT sintasa participa en la biosíntesis de MoCo, que es esencial para la actividad de enzimas como la xantina deshidrogenasa , la aldehído oxidasa y la sulfito oxidasa en humanos. [5] Las enzimas que contienen MoCo catalizan típicamente la transferencia neta de un átomo de oxígeno hacia y desde sus sustratos en una reacción redox de dos electrones . [4]
Relevancia de la enfermedad
La deficiencia de MoCo en humanos da como resultado la deficiencia combinada de las enzimas que contienen MoCo: sulfito oxidasa , xantina oxidasa y aldehído oxidasa . [4] [5] [7] Los síntomas de la deficiencia de MoCo están relacionados con la acumulación de metabolitos tóxicos causada por la actividad reducida de estas molibdoenzimas, especialmente la sulfito oxidasa. [4] Los defectos genéticos en la biosíntesis de MoCo conducen a una deficiencia de MoCo. [4] Estos defectos genéticos afectan la formación del precursor Z (conocido como deficiencia de MoCo del grupo A) o la conversión del precursor Z en MoCo por la MPT sintasa (conocida como deficiencia de MoCo del grupo B). [7] [12] MOCS1 es defectuoso para el grupo A (la mayoría de los pacientes) y codifica dos enzimas involucradas en la formación del precursor Z. [7] [12] MOCS2 es defectuoso para el grupo B y codifica las subunidades pequeñas y grandes de MPT sintasa . [7] [12] Los grupos A y B de deficiencia muestran un fenotipo idéntico , caracterizado por convulsiones neonatales , crecimiento cerebral atenuado, lentes oculares dislocados, dificultades para alimentarse, entre otros síntomas neurológicos. [4] [5] [6] [7] [12] Esta deficiencia poco común pero grave es un rasgo autosómico recesivo , que por lo general resulta en muerte en la niñez temprana ya que actualmente no hay tratamiento disponible. [4] [5] [6] [7]
Referencias
- ↑ a b Daniels JN, Wuebbens MM, Rajagopalan KV, Schindelin H (enero de 2008). "Estructura cristalina de un complejo Z de precursor de molibdopterina sintasa: información sobre su mecanismo de transferencia de azufre y su papel en la deficiencia de cofactor de molibdeno". Bioquímica . 47 (2): 615–26. doi : 10.1021 / bi701734g . PMID 18092812 .
- ^ Wuebbens MM, Rajagopalan KV (abril de 2003). "Los estudios mecanicistas y mutacionales de la molibdopterina sintasa de Escherichia coli aclaran el paso final de la biosíntesis de molibdopterina" . La revista de química biológica . 278 (16): 14523–32. doi : 10.1074 / jbc.m300453200 . PMID 12571226 .
- ^ Sloan J, Kinghorn JR, Unkles SE (febrero de 1999). "Las dos subunidades de la sintasa de molibdopterina humana: evidencia de un ARN mensajero bicistrónico con marcos de lectura superpuestos" . Investigación de ácidos nucleicos . 27 (3): 854–8. doi : 10.1093 / nar / 27.3.854 . PMC 148257 . PMID 9889283 .
- ^ a b c d e f g h yo j k l m n Rudolph, Michael J. y Wuebbens, Margot M. y Rajagopalan, KV y Schindelin, Hermann (2001). "Estructura cristalina de la molibdopterina sintasa y su relación evolutiva con la activación de ubiquitina". Biología estructural de la naturaleza . 8 (1): 42–46. doi : 10.1038 / 83034 . PMID 11135669 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b c d e f g h Silke Leimkühler, Andrea Freuer, Jose ́ Angel Santamaria Araujo, KV Rajagopalan y Ralf R. Mendel (2003). "Estudios mecanicistas de reacción de sintasa de molibdopterina humana y caracterización de mutantes identificados en pacientes del grupo B de deficiencia de cofactor de molibdeno" . Revista de Química Biológica . 278 (28): 26127–26134. doi : 10.1074 / jbc.M303092200 . PMID 12732628 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b c d Stallmeyer, B., Schwarz, G., Schulze, J., Nerlich, A., Reiss, J., Kirsch, J., Mendel, RR (1999). "La proteína de anclaje del receptor de neurotransmisores gefirina reconstituye la biosíntesis del cofactor de molibdeno en bacterias, plantas y células de mamíferos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 96 (4): 1333-1338. doi : 10.1073 / pnas.96.4.1333 . PMC 15463 . PMID 9990024 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b c d e f g Reiss J (2000). "Genética de la deficiencia de cofactor de molibdeno". Genética humana . 106 (2): 157-163. doi : 10.1007 / s004390051023 . PMID 10746556 .
- ^ a b Michael J. Rudolph, Margot M. Wuebbens, Oliver Turque, KV Rajagopalan, Hermann Schindelin (2003). "Los estudios estructurales de molibdopterina sintasa proporcionan información sobre su mecanismo catalítico" . Revista de Química Biológica . 278 (16): 14514-14522. doi : 10.1074 / jbc.M300449200 . PMID 12571227 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b c Wang, Chunyu y Xi, Jun y Begley, Tadhg P. y Nicholson, Linda K. (2001). "Estructura de la solución de ThiS e implicaciones para las raíces evolutivas de la ubiquitina" . Biología Molecular y Estructural de la Naturaleza . 8 : 47–51.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b Margot M. Wuebbens, KV Rajagopalan (1995). "Investigación de los primeros pasos de la biosíntesis de molibdopterina en Escherichia coli mediante el uso de estudios de etiquetado in vivo" . Revista de Química Biológica . 270 (3): 1082–1087. doi : 10.1074 / jbc.270.3.1082 . PMID 7836363 .
- ^ Gerrit Gutzke, Berthold Fischer, Ralf R. Mendel, Günter Schwarz (2001). "La tiocarboxilación de molibdopterina sintasa proporciona pruebas del mecanismo de formación de ditioleno en pterinas de unión a metales" . Revista de Química Biológica . 276 (39): 36268–36274. doi : 10.1074 / jbc.M105321200 . PMID 11459846 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b c d J. Reiss, C. Dorche, B. Stallmeyer, RR Mendel, N. Cohen, MT Zabot (1999). "Gen de molibdopterina sintasa humana: estructura genómica y mutaciones en la deficiencia de cofactor de molibdeno tipo B" . La Revista Estadounidense de Genética Humana . 64 (3): 706–711. doi : 10.1086 / 302296 . PMC 1377787 . PMID 10053004 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )