La fenilalanina amoniaco liasa ( EC 4.3.1.24 ) es una enzima que cataliza una reacción que convierte la L - fenilalanina en amoniaco y ácido trans- cinámico . [1] La fenilalanina amoniacal liasa (PAL) es el primer paso comprometido en la ruta del fenilpropanoide y, por lo tanto, participa en la biosíntesis de los compuestos polifenólicos como los flavonoides , fenilpropanoides y lignina en las plantas .[2] [3] La fenilalanina amoniacal liasa se encuentra ampliamente en plantas, así como en algunas bacterias , levaduras y hongos , con isoenzimas que existen en muchas especies diferentes. Tiene una masa molecular en el rango de 270 a 330 kDa . [1] [4] La actividad de PAL se induce dramáticamente en respuesta a varios estímulos como heridas en los tejidos,ataque patógeno , luz, bajas temperaturas y hormonas . [1] [5] PAL se ha estudiado recientemente por posibles beneficios terapéuticos en seres humanos afectados por fenilcetonuria . [6] También se ha utilizado en la generación de L- fenilalanina como precursor del edulcorante aspartamo . [7]
fenilalanina amoniaco liasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 4.3.1.24 | |||||||
No CAS. | 9024-28-6 | |||||||
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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La enzima es un miembro de la familia amoniaco liasa , que escinde los enlaces carbono-nitrógeno. Al igual que otras liasas, PAL requiere solo un sustrato para la reacción directa, pero dos para la inversa. Se cree que es mecánicamente similar a la enzima histidina amoniaco liasa relacionada (EC: 4.3.1.3, HAL). [8] El nombre sistemático de esta clase de enzimas es L- fenilalanina amoniaco-liasa (formadora de trans-cinamato) . Anteriormente, se designó EC 4.3.1.5 , pero esa clase se ha vuelto a designar como EC 4.3.1.24 (fenilalanina amoniaco-liasas), EC 4.3.1.25 (tirosina amoniaco-liasas) y EC 4.3.1.26 (fenilalanina / tirosina amoniaco- liasas). Otros nombres de uso común incluyen tirasa , fenilalanina desaminasa , tirosina amoniaco-liasa , L- tirosina amoniaco-liasa , fenilalanina amonio-liasa , PAL y L - fenilalanina amoniaco-liasa .
Mecanismo
La fenilalanina amoniacal liasa es específica para L -phe y, en menor grado, L - tirosina . [9] [10] La reacción catalizada por PAL es una reacción de eliminación espontánea en lugar de una desaminación oxidativa . [11]
- L- fenilalanina ácido trans- cinámico + NH 3
El cofactor 3,5-dihidro-5-metildieno-4 H -imidazol-4-ona (MIO) está involucrado en la reacción y se asienta sobre el polo positivo de tres hélices polares en el sitio activo, lo que ayuda a aumentar su electrofilicidad . [12] MIO es atacado por el anillo aromático de L -phe, que activa el enlace CH en el carbono β para la desprotonación por un residuo básico . [13] [14] El carbanión intermedio de esta reacción de eliminación de E1cB , que se estabiliza mediante regiones positivas parciales en el sitio activo, luego expulsa el amoníaco para formar el cinamato alqueno. Se cree que el mecanismo de reacción de PAL es similar al mecanismo de la enzima histidina amoniaco liasa relacionada. [13]
Durante mucho tiempo se pensó que un residuo de deshidroalanina era el residuo catalítico electrófilo clave en PAL y HAL, pero más tarde se descubrió que el residuo activo era MIO, que es aún más electrófilo. [16] [17] Está formado por ciclación y deshidratación del segmento de tripéptido Ala-Ser-Gly conservado. El primer paso de la formación de MIO es una ciclación-eliminación mediante un ataque nucleofílico intramolecular del nitrógeno de Gly204 en el grupo carbonilo de Ala202. Una posterior eliminación de agua de la cadena lateral de Ser203 completa el sistema de dobles enlaces cruzados. [15] Se proporcionan números para la fenilalanina amoniacal liasa de Petroselinum crispum ( PDB 1W27). Aunque MIO es una modificación polipeptídica, se propuso llamarlo grupo protésico, porque tiene la calidad de un compuesto orgánico agregado. [8]
PAL es inhibida por el ácido trans-cinámico, y, en algunas especies, puede ser inhibida por trans derivados del ácido cinámico. [1] [18] Los aminoácidos no naturales D -Phe y D -Tyr, las formas enantioméricas del sustrato normal, son inhibidores competitivos . [9]
Estructura
La fenilalanina amoniacal liasa se compone de cuatro subunidades idénticas compuestas principalmente de hélices alfa , con pares de monómeros que forman un único sitio activo . [17] La catálisis en PAL puede estar gobernada por los momentos dipolares de siete hélices alfa diferentes asociadas con el sitio activo. [19] El sitio activo contiene el grupo electrófilo MIO unido no covalentemente a tres hélices. Leu266, Asn270, Val269, Leu215, Lys486 e Ile472 se encuentran en las hélices del sitio activo, mientras que Phe413, Glu496 y Gln500 contribuyen a la estabilización del cofactor MIO. La orientación de los momentos dipolares generados por las hélices dentro del sitio activo genera una región electropositiva para una reactividad ideal con MIO. Las regiones parcialmente positivas en el sitio activo también pueden ayudar a estabilizar la carga de un intermedio de carbanión. PAL es estructuralmente similar a la histidina amoniaco liasa relacionada mecánicamente, aunque PAL tiene aproximadamente 215 residuos adicionales. [17]
Función
La fenilalanina amoniacal liasa puede realizar diferentes funciones en diferentes especies. Se encuentra principalmente en algunas plantas y hongos (es decir, levaduras). En las células de hongos y levaduras, PAL juega un papel catabólico importante, generando carbono y nitrógeno . [2] En las plantas, es una enzima biosintética clave que cataliza el primer paso en la síntesis de una variedad de compuestos polifenílicos [2] [3] y participa principalmente en los mecanismos de defensa. PAL participa en 5 vías metabólicas : metabolismo de tirosina , metabolismo de fenilalanina , metabolismo de nitrógeno , biosíntesis de fenilpropanoide y biosíntesis de alcaloides .
Relevancia de la enfermedad
Se está explorando la terapia de sustitución enzimática con PAL para tratar la fenilcetonuria (PKU), un trastorno genético autosómico recesivo en humanos en el que mutaciones en el gen de la fenilalanina hidroxilasa (PAH, EC 1.14.16.1) inactivan la enzima. [6] Esto conduce a una incapacidad del paciente para metabolizar la fenilalanina, lo que provoca niveles elevados de Phe en el torrente sanguíneo ( hiperfenilalaninemia ) y retraso mental si la terapia no se inicia al nacer. [6]
En mayo de 2018, la FDA aprobó la pegvaliasa , una fenilalanina amoniaco-liasa recombinante PEGilada para el tratamiento de la PKU que había sido desarrollada por Biomarin . [20] [21]
Investigar
Edulcorantes artificiales
Se ha explorado la reacción inversa catalizada por PAL para su uso para convertir el ácido trans- cinámico en L- fenilalanina, que es un precursor del edulcorante aspartamo. Este proceso fue desarrollado por Genex Corporation pero nunca fue adoptado comercialmente. [22]
Síntesis de aminoácidos no naturales
De manera análoga a cómo se sintetiza el aspartamo, PAL también se usa para sintetizar aminoácidos no naturales a partir de varios ácidos cinámicos sustituidos con fines de investigación. [23] Sin embargo, el impedimento estérico de la sustitución del areno limita la utilidad de PAL para este propósito. [24] Por ejemplo, cuando se utilizó Rhodotorula glutinis para afectar esta biotransformación, se descubrió que la enzima era intolerante a todos los sustituyentes para distintos de F , presumiblemente debido al pequeño radio atómico del elemento . Se encontró que las posiciones meta y orto eran más tolerantes, pero aún limitadas por sustituyentes más grandes. Por ejemplo, el sitio activo de la enzima permitió la sustitución orto- metoxi pero prohibió el meta- etoxi . Otros organismos con diferentes versiones de la enzima pueden estar menos limitados de esta manera. [25] [26]
Estudios estructurales
A finales de 2007, se han resuelto 5 estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1T6J , 1T6P , 1W27 , 1Y2M y 2NYF .
Referencias
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