En enzimología , la bornil difosfato sintasa (BPPS) ( EC 5.5.1.8) es una enzima que cataliza la reacción química
La bornil difosfato sintasa participa en la biosíntesis del monoterpenoide cíclico bornil difosfato. Como se ve en la reacción anterior, la BPPS toma al geranil difosfato como su único sustrato y lo isomeriza en el producto, (+)-bornil difosfato. [1] Esta reacción proviene de una clase general de enzimas llamadas terpeno sintasas que ciclan un precursor universal, el geranil difosfato, para formar diversos monoterpenos monocíclicos y bicíclicos. [2] La transformación bioquímica del geranil difosfato en productos cíclicos ocurre en una variedad de plantas aromáticas, incluidas tanto las angiospermas como las gimnospermas , y se utiliza para varios propósitos descritos en las secciones siguientes. [3] Las terpeno sintasas como la BPPS son las enzimas primarias en la formación de metabolitos terpénicos de bajo peso molecular. La organización de las sintetasas de terpenos, su capacidad característica de formar múltiples productos y su regulación en respuesta a factores bióticos y abióticos contribuyen a la formación de un grupo diverso de metabolitos de terpenos. La diversidad estructural y la complejidad de los terpenos generan un enorme potencial para mediar las interacciones entre las plantas y el medio ambiente. [4]
El nombre sistemático de esta clase de enzimas es (+)-bornil-difosfato liasa (desciclizante) . Otros nombres de uso común incluyen bornil pirofosfato sintasa , bornil pirofosfato sintetasa , (+)-bornilpirofosfato ciclasa y geranil-difosfato ciclasa (ambigua) . Esta enzima participa en la biosíntesis de monoterpenoides y pertenece a la familia de las isomerasas , específicamente a la clase de las liasas intramoleculares.
Como se ve en el mecanismo anterior, la bornil difosfato sintasa cataliza la cascada de ciclización de GPP en (+)-bornil difosfato. [1] Después de la salida inicial del difosfato activado por metal de GPP, la molécula se isomeriza a linalil difosfato (LPP), que luego permite la rotación alrededor del enlace carbono-carbono y la consiguiente reconexión del grupo PPi . [5] El pirofosfato luego estabiliza la ciclización en el catión terpinilo, y otra ciclización final produce el catión 2-bornilo. Este catión luego se neutraliza por la formación del enlace C–O estereoespecífico con la reconexión final del pirofosfato para crear el producto final, BPP. [1] Una consideración cuidadosa de la estructura de BPPS muestra que el sitio activo, discutido en mayor detalle a continuación, guía las posiciones y conformaciones de la funcionalidad isoprenoide del sustrato, mientras que la posición del difosfato permanece esencialmente anclada en una sola ubicación y conformación. [1] En general, el pirofosfato desempeña un papel importante en la estabilización de los carbocationes formados durante la ciclización en el sitio activo de la enzima. Se cree que estas interacciones y el posicionamiento estratégico del pirofosfato son lo que conduce a su recaptura endoespecífica en el paso final por parte del catión bornilo. [6]
La bornil difosfato sintasa es una isomerasa homodímera, en la que cada uno de los dos monómeros contiene dos dominios α-helicoidales. En el caso de BPPS, el dominio C-terminal cataliza directamente la ciclización del geranildifosfato, como se ve en el mecanismo de reacción anterior, mientras que el dominio N-terminal actúa como un andamiaje para el sitio activo del C-terminal durante la reacción. [1] El dominio N-terminal forma barriles α similares a los de otras ciclasas de terpeno, como la epiaristoloqueno sintasa y la farnesiltransferasa . En complejos de ligando, como con GPP, la bornil difosfato sintasa estabiliza el complejo a través de múltiples interacciones de enlaces de hidrógeno, específicamente con motivos ricos en aspartato. [1] Además, las argininas en el extremo N pueden desempeñar un papel estabilizador en el paso de isomerización inicial de la cascada de reacción analizada en la sección anterior. Por otra parte, el dominio C-terminal contiene 12 hélices α, que definen el sitio activo hidrofóbico donde se produce la ciclización. Los segmentos de aminoácidos críticos que se encuentran en el dominio C-terminal también son los que permiten que los iones metálicos de magnesio necesarios se unan y permitan la primera liberación de pirofosfato. En concreto, esto se logra mediante un dominio rico en aspartato D DIY D que comienza en D351, en el que los residuos en negrita interactúan directamente con el ion magnesio, como se ilustra en la imagen adyacente. [1] [7]
A finales de 2007, se han resuelto siete estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1N1B, 1N1Z, 1N20, 1N21, 1N22, 1N23 y 1N24.
Muchas propiedades de las plantas derivan casi exclusivamente de productos naturales monoterpénicos : las plantas generan estos compuestos para funciones moleculares de regulación, comunicación y defensa. [8] Por ejemplo, los terpenos suelen tener un fuerte olor y pueden proteger a las plantas que los producen de los herbívoros disuadiéndolos y atrayendo a los depredadores de dichos herbívoros. [9] Los monoterpenos caracterizados hasta la fecha revelan una amplia gama de variaciones estructurales y funcionales que provienen de diferentes esqueletos monocíclicos o bicíclicos. A pesar de esta diversidad estructural y estereoquímica, todos los monoterpenos derivan del mismo sustrato, el difosfato de geranilo (GPP). [10] [11] La ciclización de este precursor isoprenoide C10 a través de intermediarios carbocacionales secuenciales, como se ve en las secciones anteriores, es catalizada por enzimas dependientes de metales: en este caso, BPPS cicla el GPP en difosfato de bornilo. [8] Sin embargo, la multitud de productos que provienen de un solo sustrato ayuda a concluir que esta diversidad es una consecuencia de la evolución de las variaciones en la enzima. Cada enzima diferente tiene un sitio activo que acompaña a los intermediarios a través de diferentes vías de ciclización y, por lo tanto, forma una gran cantidad de monoterpenoides. [12] [13]
Históricamente, las plantas aromáticas se han utilizado por sus agradables fragancias, aplicaciones culinarias y potencial terapéutico. [14] [15] Debido a que la bornil difosfato sintasa es crucial en la formación de monoterpenoides aromáticos dentro de las plantas, esta enzima es de relevancia industrial clave. Específicamente, mientras que la mayoría de los estudios se centran en BPPS de Salvia officinalis , ha habido un interés reciente en estudiar LaBPPS, bornil difosfato sintasa de lavanda . Este interés surge del hecho de que los aceites esenciales de lavanda (EO) de mayor calidad producidos por algunas variaciones de Lavandula angustifolia son muy buscados en la industria del perfume . [14] En comparación con el BPPS de Salvia officinalis , LaBPPS mostró varias diferencias en la secuencia de aminoácidos y los productos que cataliza: en detalle, los intermediarios de carbocatión son más estables en LaBPPS que en BPPS regular, lo que lleva a una eficiencia diferente de conversión de GPP en BPP. [14] Dada la novedad del descubrimiento de LaBPP, es muy probable que futuras investigaciones sobre este tema resulten de gran utilidad para la industria de los perfumes y las fragancias.
