La orotato fosforribosiltransferasa ( OPRTasa ) o la fosforribosiltransferasa del ácido orótico es una enzima involucrada en la biosíntesis de pirimidina . Cataliza la formación de orotidina 5'-monofosfato (OMP) a partir de orotato y pirofosfato de fosforribosilo . [1] En levaduras y bacterias , la orotato fosforribosiltransferasa es una enzima independiente con un gen único que codifica la proteína, mientras que en mamíferos y otros organismos multicelulares, la función catalítica la lleva a cabo un dominio de la enzima bifuncional UMP sintasa (UMPS). [2]
Orotato fosforribosiltransferasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 2.4.2.10 | |||||||
No CAS. | 9030-25-5 | |||||||
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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Antecedentes biologicos
Como OPRTasa es parte de un complejo bifuncional de UMP sintasa en humanos, la función y estabilidad de esta enzima no están necesariamente asociadas directamente con trastornos en el cuerpo humano. Sin embargo, es razonable creer que una disfunción en una de las enzimas provocará una disfunción de toda la enzima. [3] Los defectos en la UMP sintasa se asocian con anemia hipocrómica. [3] En los mamíferos, esta enzima bifuncional UMPS convierte el ácido orótico en monofosfato de uridina (UMP). [4] La orotato fosforribosiltransferasa se encuentra en el dominio N-terminal de la UMP sintasa . Este proceso ocurre en múltiples pasos con orotato fosforribosiltransferasa responsable del primer paso de agregar un anillo de ribosa al orotato . [4] En este paso, el ácido orótico se convierte en orotidilato usando PRPP ( pirofosfato de fosforribosilo ) como cosustrato. Esta reacción es impulsada por la hidrólisis del pirofosfato . [5] La orotidilato descarboxilasa se encuentra en el dominio C-terminal de UMPS y convierte este intermedio de orotidilato en monofosfato de uridina (también denominado uridilato o UMP) mediante descarboxilación . [4] Estos dos pasos son rápidos e irreversibles en los mamíferos. En otros auxótrofos de pirimidina que no tienen esta enzima bifuncional, generalmente organismos menos complejos, se requieren dos enzimas separadas para llevar a cabo esta reacción. [6] Tanto el orotidilato como el uridilato son los principales nucleótidos de pirimidina , ya que el uridilato es un precursor del ARN. El uridilato (UMP) se convierte posteriormente en UDP mediante la fosforilación por UMP quinasa y ATP y luego el nucleósido difosfato quinasa fosforila reversiblemente UDP a UTP . A continuación, la UTP se puede aminar mediante catálisis por citidina trifosfato sintetasa a partir de CTP . [5]
Mecanismo enzimático
La reacción de ácido orótico (orotato) a orotidilato es catalizada por orotato fosforribosiltransferasa con el cofactor PRPP , que es un cofactor comúnmente utilizado para la síntesis de nucleótidos . Transfiere grupos pirofosforilo muy favorablemente con un ΔG de -8,3 + 0,5 kcal / mol. [6] Dos interacciones principales atraen al PRPP para ayudar a la orotato fosforribosiltransferasa en esta reacción. Primero, la orotato fosforribosiltransferasa tiene ácido aspártico - residuos de ácido aspártico junto a su motivo de unión a PRPP que interactúan con los grupos ribosil 2- / 3 hidroxilo que estabilizan el movimiento del carbono-1 del grupo ribosilo unido. [6] La estabilización se produce a través de una red de enlaces de hidrógeno de estos grupos hidroxilo con pirofosfato , agua y magnesio. [6] En segundo lugar, las cadenas laterales del extremo C-terminal del motivo de unión a PRPP interactúan favorablemente con el 5-fosfato de PRPP . [6]
En B. subtilis, PRPP se une a estos dos sitios con una K d de 33 mM. Cuando está presente el orotato , la afinidad de unión del pirofosfato se cuadriplica y la reacción experimenta una cinética de ruptura , con una rápida transferencia de fosforribosilo y luego una liberación lenta de los productos. [7] Se cree que esta liberación lenta se debe al bucle de orotato fosforribosiltransferasa expuesto al disolvente que protege el sitio activo durante el primer paso. [7] La apertura del lazo ocurre en dos pasos con la disociación del PRPP desfavorable y lenta ya que el lazo se cierra el 85% del tiempo. [8]
Tres nucleósidos de pirimidina clave incluyen uridina , citidina y timidina , y desempeñan funciones importantes en la biosíntesis de ácidos nucleicos, así como en el metabolismo de carbohidratos y lípidos. [4] Las pirimidina fosforribosiltransferasas como la orotato fosforribosiltransferasa activan sus sustratos formando estados de transición similares a S N 1 , lo que facilita la migración de la región de carbono anomérico ribosilo a MgPP i . [9] Al igual que otras pirimidina fosforribosiltransferasas, la orotato fosforribosiltransferasa tiene un bucle flexible que se mueve para colocar grupos en las posiciones ideales para la catálisis . [4] También usan muchas moléculas de agua para mantener todo en su lugar durante la reacción. [6]
Estructura de la enzima
La estructura cristalina de OPRTase ha sido resuelta varias veces por varios grupos científicos. [1] [10] [11] [12] En las bacterias, la estructura general es un dímero de dos subunidades, cada una de las cuales consta de siete hélices α y diez hebras β, con un peso molecular de 23919,13 Da. [13] La orotato fosforribosiltransferasa tiene una parte central más un asa flexible, que cuando está cerrada evita que el solvente entre durante la reacción. [1] En otros organismos tales como mamíferos, insectos y modos limosos, es uno de los dominios de la UMP sintasa , siendo el otro la orotidilato descarboxilasa . [14] El N-terminal tiene un par de hebras antiparalelas, con residuos que interactúan con el orotato unido y Lys 26 que se extiende hasta el sitio activo y forma un enlace con el bucle flexible en su forma cerrada. [6] El ácido orótico y el PRPP se estabilizan en el sitio activo principalmente mediante enlaces de hidrógeno con interacciones estabilizadoras de Lys 26, Phe 34 y Phe 35 al ácido orótico , así como Thr 128, Ala 129, Gly 130, Ala 132, Asp 124 , Lys 26 y Lys 73 a PRPP . [14] Cuando se muta Lys 26, la orotato fosforribosiltransferasa a menudo exhibe una actividad y una especificidad reducidas. [6]
Relevancia de la enfermedad
Los defectos en la orotato fosforribosiltransferasa se han relacionado con numerosas afecciones médicas. Los defectos en el dominio orotato fosforribosiltransferasa de UMPS causan aciduria orótica en humanos, que es una enfermedad metabólica hereditaria rara que resulta de problemas con el metabolismo de la pirimidina . [15] Puede provocar anemia megaloblástica y cristaluria del ácido orótico, que se asocia con discapacidades físicas y mentales. [15] La aciduria orótica se informó por primera vez en 1959 cuando se encontró un exceso de ácido orótico en la orina de un bebé. [6] Cuando los individuos tienen una mutación que conduce a la pérdida de la actividad orotato fosforribosiltransferasa y, por lo tanto , a la producción de UTP , el ácido orótico se acumula y puede llegar a 1,5 g / día en la orina del lactante. [6] Esto se debe a que UTP es el producto final normal en individuos sanos en la vía sintética de pirimidina y normalmente regula la vía. [6] La acumulación de ácido orótico puede provocar precipitación en el riñón y, finalmente, insuficiencia renal. [6] De manera similar, en el ganado Holstein, la deficiencia de UMPS es causada por un trastorno autosómico que conduce a la muerte de la descendencia en el estado embrionario temprano . [dieciséis]
La orotato fosforribosiltransferasa es también la principal enzima involucrada en la conversión del 5-flurouracilo en 5-F-UMP a través de la fosforribosilación. Algunos estudios científicos han demostrado que la orotato fosforribosiltransferasa potencialmente puede desempeñar un papel en el pronóstico del cáncer. [17] Por ejemplo, un estudio encontró que la proporción de expresión génica de orotato fosforribosiltransferasa a dihidropirimidina deshidrogenasa afecta el pronóstico de los pacientes con cáncer colorrectal metastásico después de la quimioterapia basada en fluropirimidina . [17] Se cree que la 5-F-UMP se convierte en un inhibidor suicida de la timidilato sintetasa y desempeña un papel importante en la inhibición del crecimiento tumoral. [17] [18] Cuando los pacientes con cáncer colorrectal resecable fueron tratados con 5-flurouracilo oral, los pacientes con niveles altos de orotato fosforribosiltransferasa tuvieron resultados de supervivencia significativamente mejores. [18] De manera similar, el potencial pronóstico basado en los niveles y la actividad de la orotato fosforribosiltransferasa se ha relacionado con el carcinoma de vejiga y el carcinoma gástrico . [19] [20]
Ver también
- Descarboxilasa de orotidilato
- UMP sintasa
- Biosíntesis de pirimidina
- Ácido orótico
- PRPP
Referencias
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