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Procolágeno-prolina dioxigenasa
Subunidades alfa de prolil hidroxilasa.png
Subunidades alfa de procolágeno-prolina dioxigenasa. La imagen muestra la región de unión del sustrato (naranja) y el surco de unión de los residuos de tirosina (amarillo)
Identificadores
CE no.1.14.11.2
No CAS.9028-06-2
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La procolágeno-prolina dioxigenasa , comúnmente conocida como prolil hidroxilasa , es un miembro de la clase de enzimas conocidas como hidroxilasas dependientes de alfa-cetoglutarato . Estas enzimas catalizan la incorporación de oxígeno en sustratos orgánicos a través de un mecanismo que requiere ácido alfa-cetoglutárico , Fe 2+ y ascorbato . [1] [2] Esta enzima en particular cataliza la formación de (2 S , 4 R ) -4-hidroxiprolina , un compuesto que representa la modificación postraduccional más prevalente en el ser humanoproteoma . [3]

Mecanismo enzimático

La procolágeno-prolina dioxigenasa cataliza la siguiente reacción:

L-prolina + ácido alfa-cetoglutárico + O 2 → (2 S , 4 R ) -4-hidroxiprolina + succinato + CO 2

El mecanismo de reacción es similar al de otras dioxigenasas y ocurre en dos etapas distintas: [3] En la primera, se produce una especie de Fe (IV) = O altamente reactiva . El oxígeno molecular se une por los extremos en una posición axial, produciendo una unidad de dioxígeno. El ataque nucleofílico sobre C2 genera un intermedio tetraédrico, con pérdida del doble enlace en la unidad de dioxígeno y enlaces al hierro y al carbono alfa del 2-oxoglutarato. La posterior eliminación de CO 2 coincide con la formación de la especie Fe (IV) = O. La segunda etapa implica la abstracción del átomo de hidrógeno pro - R del C-4 del sustrato de prolina seguido de radicalcombinación, que produce hidroxiprolina. [4]

Como consecuencia del mecanismo de reacción, una molécula de 2-oxoglutarato se descarboxila , formando succinato. Este succinato se hidroliza y se reemplaza por otro 2-oxoglutarato después de cada reacción, y se ha llegado a la conclusión de que, en presencia de 2-oxoglutarato, el Fe 2+ unido a la enzima se convierte rápidamente en Fe 3+ , lo que lleva a la inactivación de la enzima. [5] El ascorbato se utiliza como cofactor para reducir el Fe 3+ de nuevo a Fe 2+ . [6]

Estructura de la enzima

Una vista más cercana del dominio de unión al sustrato de la prolil hidroxilasa. Los residuos de tirosina, que forman el surco de unión, se muestran en amarillo.

La prolil hidroxilasa es un tetrámero con 2 subunidades únicas. [7] La subunidad α es de 59 kDa y es responsable tanto de la unión de péptidos como de la actividad catalítica. [8] El dominio de unión del péptido abarca los residuos 140-215 de la subunidad α, [9] y consiste en una superficie cóncava revestida con múltiples residuos de tirosina que interactúan favorablemente con el sustrato rico en prolina. El sitio activo consiste en Fe2 + unido a dos residuos de histidina y un residuo de aspartato , una característica compartida por la mayoría de las dioxigenasas dependientes de 2-oxoglutarato. La subunidad β de 55 kDa es responsable de la localización de la enzima yretención en el retículo endoplásmico . [10] Esta subunidad es idéntica a la enzima conocida como proteína disulfuro isomerasa . [11]

Función biológica

La prolil hidroxilasa cataliza la formación de hidroxiprolina. La modificación tiene un impacto significativo en la estabilidad del colágeno , el principal tejido conectivo del cuerpo humano. [12] Específicamente, la hidroxilación aumenta la temperatura de fusión (T m ) del colágeno helicoidal en 16 ° C, en comparación con el colágeno no hidroxilado, [13] una diferencia que permite que la proteína sea estable a la temperatura corporal. Debido a la abundancia de colágeno (aproximadamente un tercio de la proteína total) en los seres humanos y la alta incidencia de esta modificación en el colágeno, la hidroxiprolina es cuantitativamente la modificación postraduccional más abundante en los seres humanos. [14]

La enzima actúa específicamente sobre la prolina contenida en el motivo X-Pro-Gly, donde Pro es prolina. Debido a este comportamiento específico del motivo, la enzima también actúa sobre otras proteínas que contienen esta misma secuencia. Tales proteínas incluyen C1q , [15] elastinas , [16] PrP , [17] Argonaute 2 , [18] y conotoxinas , [19] entre otras.

Relevancia de la enfermedad

Como la prolil hidroxilasa requiere ascorbato como cofactor para funcionar, [5] su ausencia compromete la actividad de la enzima. La hidroxilación disminuida resultante conduce a la enfermedad conocida como escorbuto . Dado que la estabilidad del colágeno se ve comprometida en pacientes con escorbuto, los síntomas incluyen debilitamiento de los vasos sanguíneos que causan púrpura , petequias y hemorragia gingival.

El factor inducible por hipoxia (HIF) es un factor de transcripción conservado evolutivamente [20] que permite que la célula responda fisiológicamente a las disminuciones de oxígeno. [21] Se ha identificado una clase de prolil hidroxilasas que actúan específicamente sobre HIF; [22] La hidroxilación de HIF permite que la proteína se dirija a la degradación. [22] HIF prolil-hidroxilasa ha sido el objetivo de una variedad de inhibidores que tienen como objetivo tratar el accidente cerebrovascular , [23] enfermedad renal, [24] isquemia , [25] anemia , [26] y otras enfermedades importantes.

Nombres alternativos

  • Protocolágeno hidroxilasa
  • Prolil hidroxilasa
  • Prolil 4-hidroxilasa
  • Protocolágeno prolil hidroxilasa

Referencias

  1. ^ Smith TG, Talbot NP (abril de 2010). "Prolil hidroxilasas y terapéuticas". Antioxidantes y señalización redox . 12 (4): 431–3. doi : 10.1089 / ars.2009.2901 . PMID  19761407 .
  2. ^ Hutton JJ, Trappel AL, Udenfriend S (julio de 1966). "Requisitos de alfa-cetoglutarato, ión ferroso y ascorbato por colágeno prolina hidroxilasa". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 24 (2): 179–84. doi : 10.1016 / 0006-291x (66) 90716-9 . PMID 5965224 . 
  3. ↑ a b Gorres KL, Raines RT (abril de 2010). "Prolil 4-hidroxilasa" . Revisiones críticas en bioquímica y biología molecular . 45 (2): 106-24. doi : 10.3109 / 10409231003627991 . PMC 2841224 . PMID 20199358 .  
  4. ^ Fujita Y, Gottlieb A, Peterkofsky B, Udenfriend S, Witkop B (1964). "La preparación de cis- y trans-4-H3-L-Prolines y su uso en el estudio del mecanismo de hidroxilación enzimática en embriones de pollo". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 86 (21): 4709–4716. doi : 10.1021 / ja01075a036 .
  5. ↑ a b de Jong L, Albracht SP, Kemp A (junio de 1982). "Actividad prolil 4-hidroxilasa en relación con el estado de oxidación del hierro unido a enzima. El papel del ascorbato en la hidroxilación de peptidil prolina". Biochimica et Biophysica Acta . 704 (2): 326–32. doi : 10.1016 / 0167-4838 (82) 90162-5 . PMID 6285984 . 
  6. ^ De Jong L, Kemp A (mayo de 1984). "Estoqueiometría y cinética de la reacción parcial prolil 4-hidroxilasa". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Estructura de proteínas y enzimología molecular . 787 (1): 105-11. doi : 10.1016 / 0167-4838 (84) 90113-4 . PMID 6326839 . 
  7. ^ Berg RA, Prockop DJ (febrero de 1973). "Purificación en columna de afinidad de prolina hidroxilasa de protocolágeno de embriones de pollo y posterior caracterización de la enzima" . La revista de química biológica . 248 (4): 1175–82. doi : 10.1016 / S0021-9258 (19) 44278-6 . PMID 4346946 . 
  8. ^ Helaakoski T, Vuori K, Myllylä R, Kivirikko KI, Pihlajaniemi T (junio de 1989). "Clonación molecular de la subunidad alfa de la prolil 4-hidroxilasa humana: la secuencia completa de aminoácidos derivada de cDNA y evidencia de empalme alternativo de transcripciones de RNA" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 86 (12): 4392–6. Código Bibliográfico : 1989PNAS ... 86.4392H . doi : 10.1073 / pnas.86.12.4392 . PMC 287275 . PMID 2543975 .  
  9. ^ Pekkala M, Hieta R, Bergmann U, Kivirikko KI, Wierenga RK, Myllyharju J (diciembre de 2004). "El dominio de unión péptido-sustrato de las prolil 4-hidroxilasas de colágeno es un dominio repetido tetratricopeptídico con residuos aromáticos funcionales" . La revista de química biológica . 279 (50): 52255–61. doi : 10.1074 / jbc.M410007200 . PMID 15456751 . 
  10. ^ Vuori K, Pihlajaniemi T, Myllylä R, Kivirikko KI (noviembre de 1992). "Mutagénesis dirigida al sitio de la proteína disulfuro isomerasa humana: efecto sobre el ensamblaje, la actividad y la retención del retículo endoplásmico de la prolil 4-hidroxilasa humana en células de insectos Spodoptera frugiperda" . El diario EMBO . 11 (11): 4213–7. doi : 10.1002 / j.1460-2075.1992.tb05515.x . PMC 556932 . PMID 1327760 .  
  11. ^ Pihlajaniemi T, Helaakoski T, Tasanen K, Myllylä R, Huhtala ML, Koivu J, Kivirikko KI (marzo de 1987). "Clonación molecular de la subunidad beta de la prolil 4-hidroxilasa humana. Esta subunidad y la proteína disulfuro isomerasa son productos del mismo gen" . El diario EMBO . 6 (3): 643–9. doi : 10.1002 / j.1460-2075.1987.tb04803.x . PMC 553446 . PMID 3034602 .  
  12. ^ Hombros MD, Raines RT (2009). "Estructura y estabilidad del colágeno" . Revisión anual de bioquímica . 78 : 929–58. doi : 10.1146 / annurev.biochem.77.032207.120833 . PMC 2846778 . PMID 19344236 .  
  13. ^ Berg RA, Prockop DJ (mayo de 1973). "La transición térmica de una forma no hidroxilada de colágeno. Evidencia de un papel de la hidroxiprolina en la estabilización de la triple hélice del colágeno". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 52 (1): 115-20. doi : 10.1016 / 0006-291x (73) 90961-3 . PMID 4712181 . 
  14. ↑ Gorres, Kelly L .; Raines, Ronald T. (abril de 2010). "Prolil 4-hidroxilasa" . Revisiones críticas en bioquímica y biología molecular . 45 (2): 106-124. doi : 10.3109 / 10409231003627991 . PMC 2841224 . 
  15. ^ Müller W, Hanauske-Abel H, Loos M (octubre de 1978). "Biosíntesis del primer componente del complemento por macrófagos peritoneales humanos y de cobaya: evidencia de una producción independiente de las subunidades C1". Revista de inmunología . 121 (4): 1578–84. PMID 701808 . 
  16. ^ Rosenbloom J, Cywinski A (junio de 1976). "La inhibición de la hidroxilación de prolina no inhibe la secreción de tropoelastina por las células de la aorta de pollo" . Cartas FEBS . 65 (2): 246–50. doi : 10.1016 / 0014-5793 (76) 80490-5 . PMID 6335 . S2CID 34210226 .  
  17. ^ Gill AC, Ritchie MA, Hunt LG, Steane SE, Davies KG, Bocking SP, Rhie AG, Bennett AD, Hope J (octubre de 2000). "La hidroxilación postraduccional en el extremo N de la proteína priónica revela la presencia de estructura PPII in vivo" . El diario EMBO . 19 (20): 5324–31. doi : 10.1093 / emboj / 19.20.5324 . PMC 314005 . PMID 11032800 .  
  18. ^ Qi HH, Ongusaha PP, Myllyharju J, Cheng D, Pakkanen O, Shi Y, Lee SW, Peng J, Shi Y (septiembre de 2008). "Prolyl 4-hydroxylation regula la estabilidad de Argonaute 2" . Naturaleza . 455 (7211): 421–4. Código Bibliográfico : 2008Natur.455..421Q . doi : 10.1038 / nature07186 . PMC 2661850 . PMID 18690212 .  
  19. ^ Daly NL, Craik DJ (febrero de 2009). "Estudios estructurales de conotoxinas" . IUBMB Life . 61 (2): 144–50. doi : 10.1002 / iub.158 . PMID 19165896 . S2CID 8678009 .  
  20. ^ Tocino NC, Wappner P, O'Rourke JF, Bartlett SM, Shilo B, Pugh CW, Ratcliffe PJ (agosto de 1998). "Regulación de la proteína Sima bHLH-PAS de Drosophila por hipoxia: evidencia funcional de homología con HIF-1 alfa de mamífero". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 249 (3): 811–6. doi : 10.1006 / bbrc.1998.9234 . PMID 9731218 . 
  21. ^ Smith TG, Robbins PA, Ratcliffe PJ (mayo de 2008). "El lado humano del factor inducible por hipoxia" . Revista británica de hematología . 141 (3): 325–34. doi : 10.1111 / j.1365-2141.2008.07029.x . PMC 2408651 . PMID 18410568 .  
  22. ↑ a b Bruick RK, McKnight SL (noviembre de 2001). "Una familia conservada de prolil-4-hidroxilasas que modifican HIF". Ciencia . 294 (5545): 1337–40. Código Bibliográfico : 2001Sci ... 294.1337B . doi : 10.1126 / science.1066373 . PMID 11598268 . S2CID 9695199 .  
  23. ^ Karuppagounder SS, Ratan RR (julio de 2012). "Inhibición del factor prolil hidroxilasa inducible por hipoxia: ¿un nuevo objetivo robusto u otro gran fracaso para la terapéutica del accidente cerebrovascular?" . Revista de flujo sanguíneo cerebral y metabolismo . 32 (7): 1347–61. doi : 10.1038 / jcbfm.2012.28 . PMC 3390817 . PMID 22415525 .  
  24. ^ Warnecke C, Griethe W, Weidemann A, Jürgensen JS, Willam C, Bachmann S, Ivashchenko Y, Wagner I, Frei U, Wiesener M, Eckardt KU (junio de 2003). "Activación de la vía del factor inducible por hipoxia y estimulación de la angiogénesis mediante la aplicación de inhibidores de prolil hidroxilasa". Revista FASEB . 17 (9): 1186–8. doi : 10.1096 / fj.02-1062fje . PMID 12709400 . S2CID 45194703 .  
  25. ^ Selvaraju V, Parinandi NL, Adluri RS, Goldman JW, Hussain N, Sanchez JA, Maulik N (junio de 2014). "Mecanismos moleculares de acción y usos terapéuticos de inhibidores farmacológicos de HIF-prolil 4-hidroxilasas para el tratamiento de enfermedades isquémicas" . Antioxidantes y señalización redox . 20 (16): 2631–65. doi : 10.1089 / ars.2013.5186 . PMC 4026215 . PMID 23992027 .  
  26. ^ Muchnik E, Kaplan J (mayo de 2011). "Inhibidores de la prolil hidroxilasa de HIF para la anemia". Opinión de expertos sobre fármacos en investigación . 20 (5): 645–56. doi : 10.1517 / 13543784.2011.566861 . PMID 21406036 . S2CID 21973130 .  

Enlaces externos

  • Procolágeno-prolina + dioxigenasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  • Dominio de Fe (2+) 2-oxoglutarato dioxigenasa en PROSITE