Fenilalanina hidroxilasa
La fenilalanina hidroxilasa ( PAH ) ( EC 1.14.16.1 ) es una enzima que cataliza la hidroxilación de la cadena lateral aromática de la fenilalanina para generar tirosina . PAH es uno de los tres miembros de las hidroxilasas de aminoácidos aromáticos dependientes de biopterina , una clase de monooxigenasa que utiliza tetrahidrobiopterina (BH 4 , un cofactor de pteridina ) y un hierro no hemo para la catálisis. Durante la reacción, el oxígeno molecular se escinde heterolíticamente con la incorporación secuencial de un átomo de oxígeno en BH 4y sustrato de fenilalanina. [5] [6] En los seres humanos, las mutaciones en su gen codificante, PAH , pueden provocar el trastorno metabólico fenilcetonuria .
Formación y ruptura del puente hierro-peroxipterina. Aunque la evidencia apoya firmemente a Fe(IV)=O como el intermediario hidroxilante, [8] los detalles mecánicos que subyacen a la formación del puente Fe(II)-OO-BH 4 antes de la escisión heterolítica siguen siendo controvertidos. Se han propuesto dos vías basadas en modelos que difieren en la proximidad del hierro al cofactor pterina y en el número de moléculas de agua que se supone que están coordinadas con el hierro durante la catálisis. Según un modelo, un complejo de dioxígeno de hierro se forma inicialmente y se estabiliza como un híbrido de resonancia de Fe 2+ O 2 y Fe 3+ O 2 − . El O 2 activado luego ataca a BH 4, formando un estado de transición caracterizado por la separación de carga entre el anillo de pterina deficiente en electrones y las especies de dioxígeno ricas en electrones. [9] Posteriormente se forma el puente Fe(II)-OO-BH 4 . Por otro lado, la formación de este puente se ha modelado asumiendo que BH4 está ubicado en la primera capa de coordinación del hierro y que el hierro no está coordinado con ninguna molécula de agua. Este modelo predice un mecanismo diferente que involucra un radical pterina y superóxido como intermediarios críticos. [10] Una vez formado, el Fe(II)-OO-BH 4el puente se rompe por ruptura heterolítica del enlace OO a Fe(IV)=O y 4a-hidroxitetrahidrobiopterina; por tanto, el oxígeno molecular es la fuente de ambos átomos de oxígeno utilizados para hidroxilar el anillo de pterina y la fenilalanina.
Hidroxilación de fenilalanina por intermediario ferryl oxo. Debido a que el mecanismo implica un intermedio de hidroxilación de Fe(IV)=O (a diferencia de una peroxipterina), la oxidación del cofactor BH 4 y la hidroxilación de la fenilalanina pueden desacoplarse, lo que da como resultado un consumo improductivo de BH 4 y la formación de H 2 O 2 . [7] Sin embargo, cuando es productivo, el intermedio Fe(IV)=O se agrega a la fenilalanina en una reacción de sustitución aromática electrófila que reduce el hierro del ferryl al estado ferroso. [7]Aunque inicialmente se propuso un óxido de areno o un intermedio radical, los análisis de las hidroxilasas de triptófano y tirosina relacionadas han sugerido que la reacción, en cambio, procede a través de un intermedio catiónico que requiere que Fe(IV)=O se coordine con un ligando de agua en lugar de un grupo hidroxo. . [7] [11] Este intermedio catiónico posteriormente sufre un cambio NIH de 1,2-hidruro, produciendo un intermedio de dienona que luego se tautomeriza para formar el producto de tirosina. [12] El cofactor pterina se regenera por hidratación del producto carbinolamina de PAH a dihidrobiopterina quinonoide (qBH 2 ), que luego se reduce a BH 4 . [13]
Los PAH de mamíferos existen en un equilibrio que consta de tetrámeros de dos arquitecturas distintas, con una o más formas diméricas como parte del equilibrio. Este comportamiento es consistente con un mecanismo alostérico disociativo. [15]
Muchos estudios sugieren que la PAH de los mamíferos muestra un comportamiento comparable al de la porfobilinógeno sintasa (PBGS), en el que se informa que una variedad de factores, como el pH y la unión del ligando, afectan la actividad enzimática y la estabilidad de la proteína. [15]
