Orotidina 5'-fosfato descarboxilasa
La orotidina 5'-fosfato descarboxilasa ( OMP descarboxilasa ) o la orotidilato descarboxilasa es una enzima involucrada en la biosíntesis de pirimidina . Cataliza la descarboxilación del monofosfato de orotidina (OMP) para formar monofosfato de uridina (UMP). La función de esta enzima es esencial para la biosíntesis de novo de los nucleótidos de pirimidina , trifosfato de uridina , trifosfato de citidina y trifosfato de timidina.. La descarboxilasa OMP ha sido un objetivo frecuente para la investigación científica debido a su eficacia catalítica extrema demostrada y su utilidad como marcador de selección para la ingeniería de cepas de levadura .
La descarboxilasa OMP es conocida por ser un catalizador extraordinariamente eficiente capaz de acelerar la velocidad de reacción no catalizada en un factor de 10 17 . Para poner esto en perspectiva, la reacción no catalizada que tomaría 78 millones de años para convertir la mitad de los reactivos en productos se acelera a 18 milisegundos cuando es catalizada por descarboxilasa OMP. [2] Esta extrema eficiencia enzimática es especialmente interesante porque las descarboxilasas OMP no utilizan cofactores y no contienen sitios metálicos [3] o grupos protésicos. [4] La catálisis se basa en un puñado de residuos de aminoácidos cargados colocados dentro del sitio activo de la enzima.
El mecanismo exacto por el cual la descarboxilasa OMP cataliza su reacción ha sido objeto de una rigurosa investigación científica. La fuerza impulsora para la pérdida del carboxilo unido al C6 del anillo de pirimidina proviene de la proximidad de un grupo carboxilo de residuo de aspartato en el sitio activo de la enzima, que desestabiliza el estado fundamental en relación con el estado de transición de la reacción no catalizada. Ha habido múltiples hipótesis sobre qué forma toma el estado de transición antes de que se produzca la protonación del carbono C6 para producir el producto final. Muchos estudios investigaron la unión de un potente inhibidor de OMP descarboxilasa, 6-hidroxiuridina monofosfato (BMP, un ácido barbitúricoderivado), dentro del sitio activo, para identificar qué residuos de aminoácidos esenciales están directamente implicados en la estabilización del estado de transición. (Ver figura de enzima unida a BMP) Se han propuesto varios mecanismos para la descarboxilación enzimática de OMP, incluida la protonación en O2 para formar una especie zwiteriónica como intermedio, [6] estabilización aniónica de O4, [7] o ataque nucleofílico en C5. [8] El consenso actual sugiere que el mecanismo procede a través de un carbanión estabilizado en el C6 después de la pérdida de dióxido de carbono. Este mecanismo se sugirió a partir de estudios que investigan los efectos isotópicos cinéticos junto con la inhibición competitiva y la mutagénesis del sitio activo. [9] [10] [11][12] En este mecanismo, la especie de carbanión de vida corta es estabilizada por un residuo de lisina cercano, antes de ser apagado por un protón. (Ver esquema del mecanismo catalítico) La intermediación de un carbanión de vinilo muy básico que no se beneficia de la estabilización electrónica es rara en un sistema enzimático y en sistemas biológicos en general. Sorprendentemente, el microambiente enzimático ayuda a estabilizar considerablemente el carbanión. El p K aH de la enzima unida se midió carbaniónico intermedia sea menor que o igual a 22 sobre la base de los estudios de intercambio de deuterio. Aunque todavía es muy básico,se estima queel p K aH correspondientedel intermedio carbaniónico libre es mucho más alto, alrededor de 30-34 (basado en mediciones en el análogo 1,3-dimetiluracilo ), lo que lleva a la conclusión de que la enzima estabiliza el carbanión en al menos 14 kcal / mol. [12]
