Ciclasa de escualeno-hopene
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Ciclasa de escualeno-hopene
2sqc.png
La estructura cristalográfica del dímero de escualeno-esperanno ciclasa, con la posición de la membrana indicada en azul, los dos monómeros en verde y rosa, y un sustrato mimético en la cavidad central en amarillo. [1]
Identificadores
CE no.5.4.99.17
No CAS.76600-69-6
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La escualeno-esperanno ciclasa (SHC) ( EC 5.4.99.17 ) o hopan-22-ol hidro-liasa es una enzima procariótica en la familia de la terpeno ciclasa / mutasa. Cataliza la interconversión de una molécula de escualeno acíclico en triterpenos pentacíclicos hopene y hopanol en una proporción de 5: 1. [2] [3] [4] [5] [6] Esta enzima cataliza las siguientes reacciones químicas.

lúpulo de escualeno -22 (29) -ene
escualeno + H 2 O hopan-22-ol

La ciclasa de escualeno-esperanno es importante porque sus productos, los esperannoides, se parecen mucho a los esteroles de los eucariotas porque condensan las membranas lipídicas y reducen la permeabilidad. En el caso de los procariotas, proporcionan estabilidad frente a altas temperaturas y acidez extrema debido a las rígidas estructuras de los anillos. [7] De hecho, la regulación positiva de la escualeno-esperanno ciclasa ocurre en ciertas bacterias en presencia de ambientes cálidos o ácidos. [8] [9]

Estructura química de hopene

Introducción

La escualeno-esperanno ciclasa se encuentra en un gran número de bacterias, pero se aísla más fácilmente de la bacteria termófila Alicyclobacillus acidocaldarius . [10] Cataliza la conversión de la molécula acíclica de escualeno en los triterpenos pentacíclicos de hopene y hopanol .

Modelo de llenado de espacio de la molécula de escualeno

Se cree que la escualeno-esperanno ciclasa es un progenitor evolutivo de muchas clases de esterol ciclasas eucariotas y procariotas . [6] Las oxidoscualeno ciclasas , que son análogos eucariotas de SHC requieren oxígeno para su reacción, lo que demuestra una evolución mucho más tardía cuando la atmósfera comenzó a acumular oxígeno. La ciclasa de escualeno-esperanza funciona en un ambiente hipóxico que sugiere una presencia mucho más temprana. [11]

Estructura

La escualeno-esperanno ciclasa es una proteína de 70-75 kDa asociada a la membrana compuesta por 631 aminoácidos y siete repeticiones de PTFB. Existe como un homodímero monotópico. [1]

Mecanismo

La formación del esqueleto de hopene es una de las reacciones de un solo paso más complejas de la bioquímica. [12] En un solo paso, se rompen o forman 13 enlaces covalentes, se establecen 9 centros quirales y se producen 5 anillos. [13] Escualeno-hopene ciclasa cataliza la conversión de la molécula acíclica de escualeno en los triterpenos pentacíclicos de hopene y hopanol. Estos productos aparecen en una proporción de 5: 1. La síntesis de Hopene comienza con la unión de escualeno en una conformación pre-presidente y es seguida por la formación de cinco enlaces CC. [14]Estos pasos de reacción secuenciales de formación de anillos se inician mediante un ataque electrofílico de un protón ácido en uno de los dos dobles enlaces terminales. La formación policíclica se completa cuando se elimina un protón del grupo metilo terminal alternativo del escualeno mediante la aceptación por parte de una molécula de agua. [5] Esta base se conoce como el frente de agua . Otras moléculas de agua trabajan para mejorar la polarización ( aguas traseras ) y construir enlaces de hidrógeno.entre siete residuos: T41, E45, E93, R127, Q262, W133 e Y267. El agua frontal también juega un papel en la determinación del producto final. Si almacena el protón generado a partir del grupo metilo 29 o 30 para formar hopene. Sin embargo, el hopanol se produce en cantidades menores si en lugar de aceptar el protón, el agua aporta un hidroxilo al catión C-22 del anillo A. [15]

Residuos activos sugeridos en la ciclasa de escualeno-esperanza

Durante la formación de los anillos A a D, hay muy pocos cambios conformacionales. Por lo tanto, la reacción no requiere intermedios y puede tener lugar en un solo paso. Sin embargo, la formación del anillo E se ve obstaculizada por una barrera entrópica , lo que puede explicar su ausencia en los esteroides tetracíclicos . [5]

Sitio activo

El sitio activo de SHC está ubicado en una cavidad central dentro de la región de la proteína adyacente a la membrana, y el sustrato accede a él a través de un canal no polar. [16] El sitio activo está rodeado de residuos aromáticos que forman una cavidad que se adapta cómodamente a la molécula de escualeno cuando se pliega en una conformación productiva. El mecanismo catalítico utiliza residuos de aspartato e histidina acoplados para iniciar la reacción de ciclación mediante la protonación en C3 y la desprotonación en C29, procediendo a través de una serie discreta de carbocatión intermedios. [1] [17]La enzima puede inactivarse por mutación de aspartatos catalíticos. [18]

Termodinámica

Esta enzima es inusualmente exotérmica con una liberación de energía de 40-50 kcal / mol, mucho más allá de la energía de estabilización de proteínas. Se cree que esto derrite un canal lateral de lípidos a través del cual sale el producto voluminoso. Para mantener su integridad estructural, algunos científicos creen que los 7-8 motivos QW repetidos no en tándem de la enzima (Q es glutamina y W es triptófano ) que conectan numerosas hélices α superficiales refuerzan la estructura de la proteína y evitan la desnaturalización. [1]

Numerosas hélices de superficie estrechamente unidas

Referencias

  1. ^ a b c d Wendt KU, Poralla K, Schulz GE (septiembre de 1997). "Estructura y función de una escualeno ciclasa". Ciencia . 277 (5333): 1811–5. doi : 10.1126 / science.277.5333.1811 . PMID  9295270 .
  2. ^ Hoshino T, Sato T (febrero de 2002). "Ciclasa de escualeno-esperanza: mecanismo catalítico y reconocimiento de sustrato". Comunicaciones químicas (4): 291–301. doi : 10.1039 / b108995c . PMID 12120044 . 
  3. ^ Hoshino T, Nakano S, Kondo T, Sato T, Miyoshi A (mayo de 2004). "Ciclasa de escualeno-esperanza: reacción final de desprotonación, análisis conformacional para la ciclación de (3R, S) -2,3-oxidoscualeno y evidencia adicional del requerimiento de un resto isopropilideno tanto para el inicio de la cascada de policiclización como para la formación del Anillo E de 5 miembros ". Química orgánica y biomolecular . 2 (10): 1456–70. doi : 10.1039 / b401172d . PMID 15136801 . 
  4. ^ Sato T, Kouda M, Hoshino T (marzo de 2004). "Experimentos de mutagénesis dirigida al sitio en el sitio de desprotonación putativo de la ciclasa de escualeno-esperanza de Alicyclobacillus acidocaldarius" . Biociencia, Biotecnología y Bioquímica . 68 (3): 728–38. doi : 10.1271 / bbb.68.728 . PMID 15056909 . 
  5. ↑ a b c Reinert DJ, Balliano G, Schulz GE (enero de 2004). "Conversión de escualeno al hopene pentacarbocíclico" . Química y Biología . 11 (1): 121–6. doi : 10.1016 / j.chembiol.2003.12.013 . PMID 15113001 . 
  6. ↑ a b Pearson A, Budin M, Brocks JJ (diciembre de 2003). "Evidencia filogenética y bioquímica de la síntesis de esteroles en la bacteria Gemmata obscuriglobus" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 100 (26): 15352–7. Código bibliográfico : 2003PNAS..10015352P . doi : 10.1073 / pnas.2536559100 . PMC 307571 . PMID 14660793 .  
  7. ^ Kannenberg, E .; Poralla, K. (1999). "Biosíntesis de hopanoides y función en bacterias". Naturwissenschaften . 86 (4): 168-176. Código bibliográfico : 1999NW ..... 86..168K . doi : 10.1007 / s001140050592 . S2CID 21596134 . 
  8. ^ Ourisson G, Rohmer M, Poralla K (1987). "Hopanoides procarióticos y otros sustitutos de esteroles politerpenoides". Revisión anual de microbiología . 41 : 301–33. doi : 10.1146 / annurev.mi.41.100187.001505 . PMID 3120639 . 
  9. ^ Sahm H, Rohmer M, Bringer-Meyer S, Sprenger GA, Welle R (1993). "Bioquímica y fisiología de los hopanoides en bacterias". Avances en fisiología microbiana . 35 : 247–73. doi : 10.1016 / s0065-2911 (08) 60100-9 . ISBN 9780120277353. PMID  8310881 .
  10. ^ Seckler, B .; Poralla, K. (1986). "Caracterización y purificación parcial de escualeno-hopene ciclasa de Bacillus acidocaldarius". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Temas generales . 881 (3): 356–363. doi : 10.1016 / 0304-4165 (86) 90027-9 .
  11. ^ Rohmer, M .; Bouvier, G .; Ourisson, G. (1979). "Evolución molecular de biomembranas: equivalentes estructurales y precursores filogenéticos de esteroles" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 76 (2): 847–851. Código Bibliográfico : 1979PNAS ... 76..847R . doi : 10.1073 / pnas.76.2.847 . PMC 383070 . PMID 284408 .  
  12. ^ Siedenburg G, Jendrossek D (junio de 2011). "Ciclasas de escualeno-hopene" . Microbiología aplicada y ambiental . 77 (12): 3905-15. doi : 10.1128 / aem.00300-11 . PMC 3131620 . PMID 21531832 .  
  13. ^ Corey EJ, Matsuda SP, Bartel B (diciembre de 1993). "Aislamiento de un gen de Arabidopsis thaliana que codifica cicloartenol sintasa por expresión funcional en un mutante de levadura que carece de lanosterol sintasa mediante el uso de una pantalla cromatográfica" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 90 (24): 11628–32. Código Bibliográfico : 1993PNAS ... 9011628C . doi : 10.1073 / pnas.90.24.11628 . PMC 48037 . PMID 7505443 .  
  14. ^ Zheng YF, Abe I, Prestwich GD (abril de 1998). "Cinética de inhibición y etiquetado de afinidad de escualeno bacteriano: hopene ciclasa por análogos tia-sustituidos de 2, 3-oxidoscualeno". Bioquímica . 37 (17): 5981–7. doi : 10.1021 / bi9727343 . PMID 9558334 . 
  15. ^ [1]
  16. ^ Gao Y, Honzatko RB, Peters RJ (octubre de 2012). "Estructuras de terpenoide sintasa: una visión hasta ahora incompleta de catálisis compleja" . Informes de productos naturales . 29 (10): 1153–75. doi : 10.1039 / C2NP20059G . PMC 3448952 . PMID 22907771 .  
  17. ^ Hoshino T, Sato T (febrero de 2002). "Ciclasa de escualeno-esperanza: mecanismo catalítico y reconocimiento de sustrato". Comunicaciones químicas (4): 291–301. doi : 10.1039 / B108995C . PMID 12120044 . 
  18. ^ Feil, C .; Sussmuth, R .; Jung, G .; et al. (1996). "Mutagénesis dirigida al sitio de residuos putativos del sitio activo en ciclasa de escualeno-esperanza" . Revista europea de bioquímica . 242 (1): 51–55. doi : 10.1111 / j.1432-1033.1996.0051r.x . PMID 8954152 . 

enlaces externos

  • Escualeno-hopene + ciclasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
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