La triptófano sintasa o triptófano sintetasa es una enzima que cataliza los dos pasos finales en la biosíntesis del triptófano . [1] Se encuentra comúnmente en Eubacteria , [2] Archaebacteria , [3] Protista , [4] Fungi , [5] y Plantae . [6] Sin embargo, está ausente de Animalia . [7] Se encuentra típicamente como un tetrámero α2β2. Las subunidades α catalizan la formación reversible de indol y gliceraldehído-3-fosfato.(G3P) a partir de indol-3-glicerol fosfato (IGP). Las subunidades β catalizan la condensación irreversible de indol y serina para formar triptófano en una reacción dependiente de piridoxal fosfato (PLP). Cada sitio activo α está conectado a un sitio activo β mediante un canal hidrófobo de 25 angstrom de longitud contenido dentro de la enzima. Esto facilita la difusión del indol formado en los sitios activos α directamente a los sitios activos β en un proceso conocido como canalización del sustrato . [8] Los sitios activos de la triptófano sintasa están acoplados alostéricamente . [9]
Triptófano sintasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 4.2.1.20 | |||||||
No CAS. | 9014-52-2 | |||||||
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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Estructura enzimática
Subunidades : La triptófano sintasa existe típicamente como un complejo α-ββ-α. Las subunidades α y β tienen masas moleculares de 27 y 43 kDa respectivamente. La subunidad α tiene una conformación de barril TIM . La subunidad β tiene una conformación de pliegue tipo II y un sitio de unión adyacente al sitio activo para los cationes monovalentes. [10] Su ensamblaje en un complejo conduce a cambios estructurales en ambas subunidades que resultan en una activación recíproca. Hay dos mecanismos principales para la comunicación entre subunidades. Primero, el dominio COMM de la subunidad β y el bucle α2 de la subunidad α interactúan. Además, existen interacciones entre los residuos αGly181 y βSer178. [11] Los sitios activos están regulados alostéricamente y experimentan transiciones entre estados abiertos, inactivos y cerrados, activos. [9]
Sitio de unión de indol-3-glicerol : consulte la imagen 1.
Sitio de unión de indol y serina : ver imagen 1.
Canal hidrofóbico : los sitios activos α y β están separados por un canal hidrofóbico de 25 angstrom de largo contenido dentro de la enzima que permite la difusión del indol. Si el canal no existiera, el indol formado en un sitio activo α se difundiría rápidamente y se perdería en la célula, ya que es hidrófobo y puede atravesar fácilmente las membranas. Como tal, el canal es esencial para la función del complejo enzimático. [12]
Mecanismo enzimático
Reacción de la subunidad α : la subunidad α cataliza la formación de indol y G3P a partir de una escisión retroaldólica de IGP. Se cree que αGlu49 y αAsp60 están directamente involucrados en la catálisis como se muestra. [8] El paso limitante de la velocidad es la isomerización de IGP. [13] Ver imagen 2.
Reacción de la subunidad β : la subunidad β cataliza la reacción de reemplazo β en la que el indol y la serina se condensan para formar triptófano en una reacción dependiente de PLP. Se cree que βLys87, βGlu109 y βSer377 están directamente involucrados en la catálisis como se muestra. [8] Nuevamente, el mecanismo exacto no se ha determinado de manera concluyente. Ver imagen 2.
Reacción neta : ver imagen 3.
Función biológica
La triptófano sintasa se encuentra comúnmente en Eubacteria, Archaebacteria, Protista, Fungi y Plantae. Está ausente en animales como los humanos. El triptófano es uno de los veinte aminoácidos estándar y uno de los nueve aminoácidos esenciales para los seres humanos. Como tal, el triptófano es un componente necesario de la dieta humana.
Alcance del sustrato
También se sabe que la triptófano sintetasa acepta análogos de indol, por ejemplo, indoles fluorados o metilados, como sustratos, generando los correspondientes análogos de triptófano. [14]
Relevancia de la enfermedad
Como los seres humanos no tienen triptófano sintasa, esta enzima se ha explorado como posible objetivo farmacológico . [15] Sin embargo, se cree que las bacterias tienen mecanismos alternativos para producir aminoácidos que podrían hacer que este enfoque sea menos efectivo. En cualquier caso, incluso si el medicamento solo debilita las bacterias, aún podría ser útil ya que las bacterias ya son vulnerables en el entorno hostil del huésped. Como tal, la inhibición de la triptófano sintasa junto con otras enzimas PLP en el metabolismo de los aminoácidos tiene el potencial de ayudar a resolver problemas médicos. [dieciséis]
Se ha sugerido la inhibición de la triptófano sintasa y otras enzimas PLP en el metabolismo de los aminoácidos para:
- Tratamiento de la tuberculosis [15]
- Tratamiento de infecciones oculares y genitales [17]
- Tratamiento de la criptosporidiosis [15]
- Uso de herbicidas [18]
Evolución
Se cree que al principio de la evolución se duplicó el gen trpB2. Una copia entró en el operón trp como trpB2i permitiendo su expresión con trpA. TrpB2i formó complejos transitorios con TrpA y en el proceso activó TrpA unidireccionalmente. La otra copia permaneció afuera como trpB2o y cumplió una función existente o desempeñó una nueva, como actuar como proteína de rescate para el indol. TrpB2i evolucionó a TrpB1, que formó complejos permanentes con trpA que dieron como resultado una activación bidireccional. La ventaja de la proteína de rescate de indol disminuyó y se perdió el gen TrpB. Finalmente, los genes TrpB1 y TrpA se fusionaron dando como resultado la formación de la enzima bifuncional. [19]
Significado historico
La triptófano sintasa fue la primera enzima identificada que tenía dos capacidades catalíticas que fueron ampliamente estudiadas. También fue el primero identificado en utilizar canalización de sustrato. Como tal, esta enzima se ha estudiado ampliamente y es objeto de gran interés. [8]
Ver también
- Lyase
- Sintasa
- Triptófano sintasa (recuperación de indol)
Referencias
- ^ Dunn MF, Niks D, Ngo H, Barends TR, Schlichting I (junio de 2008). "Triptófano sintasa: el funcionamiento de una nanomáquina de canalización". Tendencias en Ciencias Bioquímicas . 33 (6): 254–64. doi : 10.1016 / j.tibs.2008.04.008 . PMID 18486479 .
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