La calcona sintasa o naringenina-calcona sintasa ( CHS ) es una enzima ubicua en las plantas superiores y pertenece a una familia de enzimas policétido sintasa (PKS) conocidas como PKS de tipo III. Los PKS de tipo III están asociados con la producción de chalconas , una clase de compuestos orgánicos que se encuentran principalmente en las plantas como mecanismos de defensa naturales y como intermedios sintéticos. La CHS fue la primera PKS de tipo III que se descubrió. [1] Es la primera enzima comprometida en la biosíntesis de flavonoides . [2] La enzima cataliza la conversión de 4-cumaroil-CoA y malonil-CoA ennaringenina chalcona .
Chalcona sintasa (naringenina calcona sintasa) | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 2.3.1.74 | |||||||
No CAS. | 56803-04-4 | |||||||
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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Calcona y estilbeno sintasas, dominio C-terminal | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Chal_sti_synt_C | |||||||
Pfam | PF02797 | |||||||
Clan pfam | CL0046 | |||||||
InterPro | IPR012328 | |||||||
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Función
La catálisis de CHS sirve como paso inicial para la biosíntesis de flavonoides. Los flavonoides son importantes metabolitos secundarios de las plantas que cumplen diversas funciones en las plantas superiores. Estos incluyen pigmentación, protección UV, fertilidad, defensa antifúngica y el reclutamiento de bacterias fijadoras de nitrógeno. [3] Se cree que la CHS actúa como un eje central para las enzimas involucradas en la vía de los flavonoides. [4] Los estudios han demostrado que estas enzimas interactúan a través de interacciones proteína-proteína . [5] A través de FLIM FRET, se demostró que CHS interactúa con la calcona isomerasa (CHI), una enzima de paso consecutivo, así como con otras enzimas de paso no consecutivo flavanona 3-hidroxilasa (F3H), dihidroflavonol 4-reductasa (DFR), y flavonol sintasa I. [4]
La naringenina-chalcona sintasa utiliza malonil-CoA y 4-cumaroil-CoA para producir CoA , naringenina calcona y CO 2 .
Reacción
La 4-cumaroil-CoA y tres unidades de malonil-CoA se convierten en tres moléculas de dióxido de carbono , cuatro moléculas de coenzima A y una unidad de naringenina calcona .
Estructura
Subunidades
La CHS existe como una proteína homodimérica con cada monómero de aproximadamente 42-45 kDa de tamaño. [6] Cada monómero posee una actividad de β-ceto sintasa (KS) que cataliza la incorporación secuencial de cabeza a cola de unidades de acetato de dos carbonos en una cadena de policétidos en crecimiento. CHS contiene un núcleo αβαβα de cinco capas, una ubicación del sitio activo y la interfaz de dimerización que es muy similar a las enzimas que contienen tiolasa . La interfaz de dimerización contiene residuos hidrófobos e hidrófilos y generalmente es plana, excepto por un par de hélices N-terminales que se entrelazan en la parte superior. Aunque las hélices no participan en la reacción, pueden contener señales de localización intracelular como en la tiolasa de levadura. También pueden sufrir un cambio conformacional para participar en la formación de complejos transitorios de múltiples proteínas con otras enzimas en las diversas vías que divergen de la vía biosintética general del fenilpropanoide .
Localización
La enzima se localiza en el citosol , asociándose con la membrana del retículo endoplásmico . [7] En otro estudio, se demostró que CHS y CHI también se localizan conjuntamente en el núcleo. [8]
Sitio activo
Hay dos cavidades bilobuladas distintas del sitio activo ubicadas en el borde inferior del núcleo αβαβα de cada monómero. Bucles idénticos de seis residuos, que se encuentran en la interfaz del dímero , separan los dos sitios activos entre sí. Los bucles están con Thr132 en el sitio activo y terminan con un enlace cis-péptido a Pro138. Un residuo de Met137 tapa un agujero en el sitio activo del otro monómero. Por lo tanto, el sitio activo está enterrado excepto por un túnel de unión de CoA de 16 Å que conecta la superficie catalítica con el medio circundante exterior . El ancho del túnel es demasiado estrecho para los sustratos aromáticos y los productos que deben atravesarlo, lo que implica que debe haber cierta movilidad dinámica dentro y alrededor del túnel cuando se coloca en solución.
El sitio activo contiene una tríada catalítica conservada de Cys164, His303 y Asn336. Estos residuos ayudan en múltiples reacciones de descarboxilación y condensación, con Cys164 actuando como el nucleófilo del sitio activo . Phe215 y Phe265 son otros dos aminoácidos importantes que actúan como "guardianes" para bloquear la proteína inferior de la abertura entre el túnel de unión a CoA y la cavidad del sitio activo. Esto limita el acceso de agua al sitio activo mientras se acomoda a sustratos e intermedios de diferentes formas y tamaños. Phe215 también orienta los sustratos en el sitio activo durante el alargamiento del intermedio policétido .
Mecanismo
El primer paso implica la transferencia de un resto cumaroílo de una molécula iniciadora de 4-cumaroíl-CoA a Cys164. [9] A continuación, se produce una serie de reacciones de condensación de tres unidades de acetato de malonil-CoA, cada una de las cuales pasa por un carbanión de acetil-CoA derivado de la descarboxilación de malonil-CoA . Esto extiende el policétido intermedio. Después de la generación de un tetraketido unido a tioéster , se produce una condensación de Claisen C1, C6 regioespecífica , formando un nuevo sistema de anillo para generar naringenina chalcona.
Regulación
Metabólico
El CHS es inhibido de forma no competitiva por productos de la vía flavonoide como la naringenina y la calcona naringenina. [10] A pesar de la falta de evidencia directa in vivo , se cree que los flavonoides se acumulan en el citosol hasta un nivel que bloquea la actividad de CHS para evitar niveles tóxicos en las plantas. [11]
Transcripcional
El CHS se expresa constitutivamente en plantas pero también puede estar sujeto a expresión inducida a través de luz / luz ultravioleta y también como respuesta a patógenos, inductores y heridas. El promotor CHS contiene un motivo de caja G con una secuencia de CACGTG. Se ha demostrado que esto influye en la respuesta a la luz. [12] Otros dominios sensibles a la luz incluyen el recuadro I, recuadro II, recuadro III, recuadro IV o tres copias del recuadro H (CCTACC). [9]
El gen de la calcona sintasa de las plantas de Petunia es famoso por ser el primer gen en el que se observó el fenómeno de interferencia del ARN ; Los investigadores que pretendían regular al alza la producción de pigmentos en flores de color rosa claro o violeta introdujeron un transgén para la calcona sintasa, esperando que tanto el gen nativo como el transgén expresaran la enzima y dieran como resultado un fenotipo de flor de color más intenso . En cambio, las plantas transgénicas tenían flores blancas moteadas, lo que indica que la introducción del transgén había regulado negativamente o silenciado la expresión de la sintasa de la calcona. [13] Una investigación adicional del fenómeno indicó que la regulación a la baja se debió a la inhibición postranscripcional de la expresión del gen de la chalcona sintasa a través de una mayor tasa de degradación del ARN mensajero . [14]
Relevancia de la enfermedad
El CHS, como primer paso comprometido en la vía de los flavonoides, facilita la producción de flavonoides, fitoalexinas de tipo isoflavonoide y otros metabolitos para proteger a la planta del estrés. La expresión de CHS también está involucrada en la vía de defensa del ácido salicílico. Al ser compuestos aromáticos, los flavonoides absorben fuertemente la luz ultravioleta a través de un mecanismo mediado por fotorreceptores que protege eficazmente a las plantas del daño del ADN . El CHS participa en una vía fenilpropanoide más amplia y generalizada que actúa como precursora de una variedad de metabolitos vegetales importantes para la salud humana, como antioxidantes, agentes antiinflamatorios, antialérgenos e incluso productos antioncogénicos. [15]
Evolución
CHS pertenece a una clase más amplia de enzimas conocidas como PKS de tipo III. Al ser la primera enzima de este tipo en ser descubierta, todos los demás miembros a menudo se etiquetan como "similares a CHS". La mayoría o todas las enzimas divergentes de tipo CHS caracterizadas han surgido de una extensa duplicación y posterior variación genética del gen chs . La duplicación proporciona la actividad de CHS con redundancia funcional, lo que permite que el gen chs mute sin poner en peligro la biosíntesis de flavonoides. Estas enzimas divergentes se diferencian de la CHS en su preferencia por las moléculas iniciadoras, el número de adiciones de acetilo (a menudo a través de malonil-CoA) e incluso en el mecanismo de formación de anillos utilizado para ciclar policétidos intermedios idénticos.
La función enzimática de la CHS y las enzimas similares a la CHS funcionan de manera muy similar a la biosíntesis de ácidos grasos, pero sin la participación de las proteínas portadoras de acilo (ACP). [16] La evidencia estructural sugiere que estas enzimas surgieron por la ganancia de función de la cetoacil sintasa (KAS) III, una enzima en etapa temprana de la biosíntesis de ácidos grasos tipo II .
Aunque las sintasas de calcona de plantas superiores se han estudiado extensamente, hay poca información disponible sobre las enzimas de las briofitas (plantas primitivas). La clonación de CHS del musgo Physcomitrella patens reveló una transición importante de las sintasas de calcona presentes en microorganismos a las presentes en plantas superiores. [17]
Referencias
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Literatura
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enlaces externos
- Entrada BRENDA