La adenilil-sulfato reductasa ( EC 1.8.99.2) es una enzima que cataliza la reacción química de reducción de adenilil-sulfato/adenosina-5'-fosfosulfato (APS) a sulfito mediante el uso de un cofactor donador de electrones. Los productos de la reacción son AMP y sulfito, así como un cofactor donador de electrones oxidados.
Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , concretamente las que actúan sobre un grupo de donantes de azufre con otros aceptores. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es AMP, sulfito:aceptor oxidorreductasa (formadora de adenosina-5'-fosfosulfato). Otros nombres de uso común incluyen adenosina fosfosulfato reductasa, adenosina 5'-fosfosulfato reductasa, APS-reductasa, APS reductasa, AMP, sulfito:(aceptor) oxidorreductasa y (formador de adenosina-5'-fosfosulfato). Esta enzima participa en el metabolismo del selenio y del metabolismo del azufre . [1]
La APS reductasa cataliza la transformación reversible de APS en sulfito y AMP, que es el paso determinante de la velocidad de la reacción general. [2] La reacción catalizada por la APS reductasa es la siguiente:
[2]
El sulfato tiene que ser activado a APS por la ATP sulfurilasa a expensas de un ATP, por lo que esta reacción requiere un aporte de energía. [2] La reacción anterior ocurre en un ambiente estrictamente anaeróbico. [2] Los dos electrones provienen de un cofactor reducido, en este caso FAD reducido. [3] La dirección de avance requiere una molécula de AMP; sin embargo, las investigaciones sugieren que la reacción inversa requiere dos moléculas de AMP (una que actúa sobre el sustrato y otra que inhibe la reacción directa). [3] La reacción reversible ocurre cuando AMP se une al residuo Arg317, cambiando la confirmación de Arg317 y APS reductasa en su conjunto, lo que proporciona la fuerza impulsora termodinámica para ir en la dirección inversa. [3]
Las APS reductasas participan en la reducción de sulfato tanto asimilatoria como disimilatoria. [4] La reducción disimilatoria de sulfato toma sulfato y lo transforma en sulfuro, una fuente de azufre que puede distribuirse por todo el cuerpo. [4] La reducción asimilatoria de sulfato toma sulfato y lo convierte en cisteína. [4] Tanto las vías de asimilación como las de disimilación utilizan APS reductasas como herramienta metabólica para producir una fuente de azufre y aminoácidos, respectivamente. [4]
A finales de 2014, se han resuelto seis estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso de PDB 1JNR, 1JNZ, 2FJA, 2FJB, 2FJD y 2FJE.
El monómero de la enzima consta de una mezcla de hélices α y láminas β (tanto paralelas como antiparalelas). El cofactor proteico tiorredoxina puede proporcionar los equivalentes reductores necesarios para la reacción en forma de dos residuos de cisteína, que finalmente se oxidan formando un enlace disulfuro. [5] La forma básica activa de la APS reductasa parece ser un heterodímero, como se ve en las plantas. [6] Tanto en bacterias como en plantas, dos heterodímeros tienden a formarse juntos y producir un heterotetrámero. [7]
La hendidura del sitio activo en la APS reductasa bacteriana tiene algunos elementos clave. Las secuencias de residuos que parecen ser necesarias para la catálisis son el bucle P (residuos 60-66), el bucle Arg (residuos 162-173) y el motivo LDTG (residuos 85-88). El bucle P, o bucle de unión a fosfato, es una secuencia consecutiva de restos especialmente importante que ayuda al reconocimiento del grupo fosfato en APS y, como resultado, influye en la especificidad del sustrato para la APS reductasa. El Cys256 C-terminal también es catalíticamente esencial y parece tener un papel en el cambio de la conformación de la enzima durante la catálisis. [5]
Un motivo químico notable que distingue a la APS reductasa de la 3'-fosfoadenosina-5'-fosfosulfato (PAPS) reductasa relacionada es la presencia de un motivo de cisteína conservado, CC-X ~80 -CXXC, que ocurre además del catalizador universalmente conservado. residuo de cisteína. Este motivo se correlaciona con la presencia de un grupo [4Fe-4S]; por lo tanto, estos grupos de hierro y azufre no están presentes en la PAPS reductasa. Cuando el grupo hierro-azufre está presente, es necesario para la actividad catalítica y se coordina con los cuatro residuos de cisteína en el motivo conservado al otro lado de la hendidura del sitio activo. [5]
El azufre es un componente vital en la vida biológica y un elemento clave en los aminoácidos cisteína y metionina. [6] La APS reductasa controla el paso limitante de la velocidad de asimilación endógena de azufre, que es el proceso de producción de sulfuro de hidrógeno a partir de sulfito. El sulfito de hidrógeno es una de las principales fuentes de azufre en las plantas. [6] La APS reductasa controla el flujo de azufre inorgánico a la cisteína, que participa en muchos procesos biológicos de las plantas, como el crecimiento, el desarrollo y las respuestas al estrés biótico y abiótico. [6] De hecho, los estudios han demostrado que cuando las células carecen de azufre, la expresión del gen APS reductasa fluctúa, lo que indica que cuando las plantas están expuestas a estrés metabólico y regulatorio, la APS reductasa es probablemente una enzima crucial en la producción de sulfuro de hidrógeno y la restauración de la homeostasis. . [6]
Las bacterias utilizan APS reductasas para participar en la reducción de sulfatos asimilatorios y disimilatorios, lo que los convierte en los principales candidatos para aparecer en entornos de tratamiento de aguas residuales. [8] Las bioincrustaciones pueden contener varias bacterias reductoras de sulfato, y los estudios han demostrado que si las plantas de aguas residuales no se tratan, los niveles de sulfato disminuirán. [8] Estos estudios han solidificado aún más el papel crucial de la APS reductasa en el ciclo global del azufre al brindar a los organismos otra forma única de obtener azufre cuando no está disponible. [8]
La APS reductasa no existe dentro del proteoma de las células humanas; en consecuencia, estas enzimas se han convertido en objetivos de investigación por diversas razones ambientales y médicas. Los inhibidores competitivos de la APS reductasa en Mycobacterium tuberculosis se han estudiado como una nueva posible ruta para el tratamiento de la tuberculosis, especialmente contra la tuberculosis latente y resistente a los medicamentos. [9] Estos inhibidores también se han estudiado en el contexto de la obtención de petróleo y gas de yacimientos para controlar mejor la acidificación de dichos productos. [10]
También se han investigado algunas APS reductasas por su papel en el metabolismo del selenio y la reducción debido a la similitud química entre el azufre y el selenio. APR2, la isoenzima APS reductasa dominante en la planta modelo Arabidopsis thaliana , ha sido implicada en la participación de la tolerancia al selenato y el metabolismo del selenito. Luego, dicha investigación podría contribuir al objetivo de mejorar la fitorremediación del selenio en las plantas y, como resultado, la biofortificación de la dieta. [1]
