Las enzimas nitrilasas (nitrilo aminohidrolasa; EC 3.5.5.1 ) catalizan la hidrólisis de nitrilos a ácidos carboxílicos y amoníaco , sin la formación de intermedios amídicos "libres". [1] Las nitrilasas están involucradas en la biosíntesis de productos naturales y modificaciones postraduccionales en plantas, animales, hongos y ciertos procariotas. Las nitrilasas también se pueden utilizar como catalizadores en química orgánica preparativa. Entre otras, se han utilizado nitrilasas para la resolución de mezclas racémicas . La nitrilasa no debe confundirse con la nitrilo hidratasa (nitrilo hidro-liasa; EC 4.2.1.84 ) que hidroliza nitrilos a amidas. Las nitrilo hidratasas se coexpresan casi invariablemente con una amidasa, que convierte la amida en ácido carboxílico. En consecuencia, a veces puede ser difícil distinguir la actividad nitrilasa de la actividad nitrilo hidratasa más amidasa.
nitrilasa 1 | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | NIT1 | |||||
Gen NCBI | 4817 | |||||
HGNC | 7828 | |||||
OMIM | 604618 | |||||
PDB | 3IVZ | |||||
RefSeq | NM_005600 | |||||
UniProt | Q86X76 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 1 pter-qter | |||||
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Mecanismo
La nitrilasa se descubrió por primera vez a principios de la década de 1960 por su capacidad para catalizar la hidratación de un nitrilo a un ácido carboxílico . [2] Aunque en ese momento se sabía que la nitrilasa podía operar con una amplia especificidad de sustrato para producir el ácido correspondiente, estudios posteriores informaron de la primera actividad NHasa ( nitrilo hidratasa ) exhibida por la nitrilasa. [3] [4] Es decir, los compuestos de amida también podrían formarse mediante hidrólisis de nitrilo . Investigaciones posteriores han revelado varias condiciones que promueven la formación de amidas, que se describen a continuación. [4]
- Liberación temprana del sustrato unido a la enzima después de la primera hidrólisis del agua seguida de la adición retardada del segundo agua.
- Condiciones de baja temperatura y pH elevado. Para las bioconversiones por nitrilasa para la mayoría de las bacterias y hongos, el rango de pH óptimo está entre 7.0-8.0 y el rango de temperatura óptimo está entre 30-50 ℃.
- Grupos de extracción de electrones en la posición ⍺
A continuación se muestra una lista de los pasos necesarios para transformar un compuesto de nitrilo genérico con nitrilasa: [4]
- El carbono electrófilo del nitrilo está sujeto a un ataque nucleófilo por uno de los dos grupos SH de la nitrilasa.
- El tioimidato formado se hidroliza posteriormente a la acilenzima y se crea amoniaco como subproducto.
- La acilenzima puede pasar por una de dos vías dependiendo de las condiciones destacadas anteriormente:
- La hidrolización adicional de la acilenzima con agua produce el ácido carboxílico y la enzima regenerada.
- La acilenzima es hidrolizada por amoníaco, desplazando la enzima y formando el producto amida.
Estructura
La mayoría de las nitrilasas están formadas por un único polipéptido que varía de 32 a 45 kDa, [7] y su estructura es un pliegue ⍺-β-β-⍺. [4] La forma preferida de la enzima es un filamento grande que consta de 6-26 subunidades . [7] La nitrilasa explota la tríada catalítica lis - cys - glu que es esencial para la función de su sitio activo y para mejorar su desempeño. [4] [7]
La estructura de una nitrilasa termoactiva de P. abyssi consiste en un dímero simétrico de 2 veces en el que cada subunidad contiene 262 residuos. [8] [9] Al igual que otras nitrilasas de la familia de las nitrilasas, cada subunidad tiene un pliegue sándwich ⍺-β-β-⍺; cuando las dos subunidades se unen e interactúan, la proteína forma una estructura de 'super-sándwich' (⍺-β-β-⍺-⍺-β-β-⍺). [6] Para dimerizar, los terminales C de cada subunidad se extienden desde el núcleo e interactúan entre sí, y esto es posible en gran medida por los puentes salinos formados entre los residuos de arginina y glutamato . [6]
Aunque aún se desconoce el mecanismo de unión exacto al sustrato de nitrilo, al establecer comparaciones entre la secuencia y la estructura con otras nitrilasas, se determinó que la tríada catalítica constaba de Glu 42, Lys 113 y Cys 146. [6] [4] [ 7] Con la ayuda de programas de modelado de proteínas, se observó que Glu 42 es la base catalítica en la activación del nucleófilo (Cys 146) basándose en la distancia relativamente corta entre O en Glu y S en Cys. Asimismo, se infirió que Lys 113 es el ácido catalítico responsable de la transferencia de protones al sustrato. [8] [10]
Función biológica
Las nitrilasas tienen funciones críticas en las interacciones planta-microbio para la defensa, la desintoxicación , la utilización de nitrógeno y la síntesis de hormonas vegetales. [11] En las plantas, hay dos grupos distinguibles con respecto a la especificidad del sustrato: aquellos con alta actividad hidrolítica hacia arilacetonitrilos y aquellos con alta actividad hacia β-ciano- L- alanina . NIT1, 2 y 3 de la especie A. thaliana son ejemplos del primer grupo de nitrilasas vegetales ( arilacetonitrilasas ) que hidrolizan los nitrilos producidos durante la síntesis o degradación de glucósidos y glucosinolatos cianogénicos . Los sustratos de arilcetonitrilo para estas enzimas particulares consisten en fenilpropionitrilo y otros productos que resultan del metabolismo de los glucosinolatos. [11] [12] Sin embargo, NIT4 pertenece al segundo grupo de nitrilasas vegetales y es fundamental para la desintoxicación del cianuro en las plantas. [3] [11] [13]
Además, los microbios también podrían utilizar la nitrilasa para desintoxicar y asimilar los nitrilos y el cianuro que existen en el entorno de la planta. [11] Un ejemplo de esto es la β-ciano- L- alanina nitrilasa de la bacteria vegetal P. fluorescens SBW25. [14] Aunque se desconoce si esta bacteria vegetal encuentra niveles tóxicos de β-ciano-ʟ-alanina en entornos naturales, se ha observado actividad de nitrilasa en plantas cianogénicas; por tanto, parece que la nitrilasa sirve como mecanismo predominante para desintoxicar el cianuro en lugar de la β-ciano-ʟ-alanina. [11] [14] Otras aplicaciones bacterianas de las nitrilasas producidas por microorganismos asociados a las plantas incluyen la degradación de los nitrilos de las plantas para obtener una fuente de carbono y nitrógeno. P. fluorescens EBC191 hidroliza muchos arilacetonitrilos, a saber , mandelonitrilo , que sirve como defensa contra los herbívoros. [11] [15] [16]
Otras lecturas
- Winkler M, Glieder A, Klempier N (marzo de 2006). "DTT estabilizador enzimático cataliza la hidrólisis de nitrilos análogos de nitrilasa". Comunicaciones químicas (12): 1298–300. doi : 10.1039 / B516937B . PMID 16538253 .
Referencias
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enlaces externos
- nitrilasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .