Orotidina 5'-fosfato descarboxilasa
La orotidina 5'-fosfato descarboxilasa ( OMP descarboxilasa ) u orotidilato descarboxilasa es una enzima implicada 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 OMP descarboxilasa ha sido un objetivo frecuente de 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 OMP descarboxilasa es conocida por ser un catalizador extraordinariamente eficiente capaz de acelerar la velocidad de reacción no catalizada por un factor de 10 17 . Para poner esto en perspectiva, la reacción no catalizada, que tardaría 78 millones de años en convertir la mitad de los reactivos en productos, se acelera a 18 milisegundos cuando es catalizada por la OMP descarboxilasa. [2] Esta eficiencia enzimática extrema es especialmente interesante porque las OMP descarboxilasas no utilizan cofactores y no contienen sitios metálicos [3] ni 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 OMP descarboxilasa cataliza su reacción ha sido objeto de una rigurosa investigación científica. La fuerza impulsora de 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 ocurra la protonación del carbono C6 para producir el producto final. Muchos estudios investigaron la unión de un potente inhibidor de la OMP descarboxilasa, el monofosfato de 6-hidroxi uridina (BMP, un ácido barbitúricoderivado), dentro del sitio activo, para identificar qué residuos de aminoácidos esenciales están directamente involucrados con la estabilización del estado de transición. (Ver la figura de la enzima unida a BMP) Se han propuesto varios mecanismos para la descarboxilación enzimática de OMP, incluida la protonación en O2 para formar una especie zwitteriónica como intermediario, [6] la estabilización aniónica de O4, [7] o el 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 de los isótopos 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 se estabiliza por un residuo de lisina cercano, antes de que un protón la apague. (Ver esquema del mecanismo catalítico) La intermediación de un carbanión de vinilo altamente básico que no se beneficia de la estabilización electrónica es rara en un sistema enzimático y en los sistemas biológicos en general. Sorprendentemente, el microambiente enzimático ayuda a estabilizar considerablemente el carbanión. Se midió que el pKaH del intermedio carbaniónico unido a enzima era menor o igual a 22 en base a estudios de intercambio de deuterio. Si bien sigue siendo muy básico, se estima que el p K aH correspondiente del intermedio carbaniónico libre es mucho más alto, alrededor de 30-34 (basado en mediciones del análogo 1,3-dimetiluracilo ), lo que lleva a la conclusión de que la enzima estabiliza el carbanión en al menos 14 kcal/mol. [12]
