En enzimología , una aldehído ferredoxina oxidorreductasa ( EC 1.2.7.5) es una enzima que cataliza la reacción química.
Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , concretamente las que actúan sobre el grupo aldehído u oxo del donante con una proteína hierro-azufre como aceptor. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es aldehído:ferredoxina oxidorreductasa . Esta enzima también se llama AOR . Es un ejemplo relativamente raro de proteína que contiene tungsteno. [1]
El sitio activo de la familia AOR presenta un centro de oxo-tungsteno unido a un par de cofactores de molibdopterina (que no contiene molibdeno) y un grupo de 4Fe-4S . [2] [3] Esta familia incluye AOR, formaldehído ferredoxina oxidorreductasa (FOR), gliceraldehído-3-fosfato ferredoxina oxidorreductasa (GAPOR), todos aislados de arqueas hipertermófilas ; [2] ácido carboxílico reductasa que se encuentra en los clostridios; [4] y hidroxicarboxilato viológeno oxidorreductasa de Proteus vulgaris , el único miembro de la familia AOR que contiene molibdeno. [5] GAPOR puede estar involucrado en la glucólisis , [6] pero las funciones de las otras proteínas aún no están claras. Se ha propuesto que la AOR es la principal enzima responsable de oxidar los aldehídos producidos por las 2-cetoácidos oxidorreductasas . [7]
AOR se encuentra en arqueas hipertermófilas, Pyrococcus furiosus . [1] Las cepas de arqueones Pyrococcus ES-4 y Thermococcus ES-1 se diferencian por su especificidad de sustrato: las AFO muestran un rango de tamaño más amplio de sus sustratos de aldehído . Su función principal es oxidar los aldehídos procedentes del metabolismo de los aminoácidos y las glucosas. [8] La aldehído ferredoxina oxidorreductasa es un miembro de una familia AOR, que incluye la gliceraldehído-3-fosfato ferredoxina oxidorreductasa (GAPOR) y la formaldehído ferredoxina oxidorreductasa. [3]
AOR funciona en condiciones de alta temperatura (~80 grados Celsius) a un pH óptimo de 8-9. Es sensible al oxígeno ya que pierde la mayor parte de su actividad por la exposición al oxígeno y trabaja en el citoplasma donde es un ambiente reductor. Por tanto, tanto la exposición al oxígeno como la disminución de la temperatura provocan una pérdida irreversible de sus propiedades catalíticas. Además, como resultado de la sensibilidad al oxígeno del AOR, la purificación de la enzima se realiza en ambientes anóxicos. [8]
Se propone que AOR tenga un papel en la vía de Entner-Doudoroff (degradación de la glucosa) debido a su mayor actividad con la incorporación de maltosa . [3] Sin embargo, otras propuestas incluyen su papel en la oxidación de los productos secundarios del aldehído del metabolismo de los aminoácidos provenientes de los 2-cetoácidos desaminados. Los principales sustratos de la aldehído ferredoxina oxidorreductasa son el acetaldehído , el fenilacetaldehído y el isovalerdehído, que es un producto metabólico de los aminoácidos comunes y la glucosa. [8] Por ejemplo, el acetaldehído alcanza su valor kcat/KM hasta 22,0 μM-1s-1. [8] De hecho, algunos microorganismos solo utilizan aminoácidos como fuente de carbono, como la cepa ES1 de Thermococcus; por tanto, utilizan la aldehído ferredoxina oxidorreductasa para metabolizar la fuente de carbono del aminoácido. [8]
AOR es homodimérico. Cada subunidad de 67 kDa contiene 1 átomo de tungsteno y 4-5 átomos de hierro . [3] Las dos subunidades están unidas por un centro de hierro de bajo espín. Se cree que las dos subunidades funcionan de forma independiente. [3]
El tungsteno en el sitio activo de AOR adopta una geometría piramidal cuadrada distorsionada unida a un ligando oxo/hidroxo y los sustituyentes ditioleno de dos cofactores de molibdopterina . [3]
Dos cofactores de molibdopterina se unen al tungsteno, [9] como se observa en muchas enzimas relacionadas. [9] El tungsteno no está unido directamente a la proteína. [9] Los centros de fosfato colgantes en el cofactor están unidos a un Mg 2+ , que también está unido por Asn93 y Ala183 para completar su esfera de coordinación octaédrica. [3] [9] Por lo tanto, los átomos de pterina y tungsteno están conectados a la enzima AOR principalmente a través de las redes de enlaces de hidrógeno de la pterina con los residuos de aminoácidos. [3] Además, dos ligandos de agua que ocupan la geometría octaédrica participan en redes de enlaces de hidrógeno con pterina, fosfato y Mg 2+ . [9] Mientras que el grupo [Fe4S4] está unido por cuatro ligandos Cys, la pterina, rica en enlaces amino y éter, interactúa con las secuencias Asp-XX-Gly-Leu-(Cys/Asp) en la enzima AOR. [3] En dicha secuencia, el residuo Cys494 también está unido por puente de hidrógeno al grupo [Fe4S4]. [3] Esto indica que el residuo Cys494 conecta el sitio de tungsteno y el sitio del grupo [Fe4S4] en la enzima. [3] El átomo de hierro en el grupo está unido además por otros tres ligandos de cisteína: . [9] Además, otro residuo de aminoácido conector entre el grupo de ferredoxina y la pterina es el Arg76, que se une mediante enlaces de hidrógeno tanto a la pterina como a la ferredoxina. [3] Se propone que tales interacciones de enlaces de hidrógeno impliquen un sistema de anillos cíclicos de pterina como portador de electrones. [3] Además, el centro C= O de la pterina se une a Na + . [8] El centro W=O es propuesto, no verificado cristalográficamente. [9]
AOR consta de tres dominios, dominio 1, 2 y 3. [8] Mientras que el dominio 1 contiene pterina unida a tungsteno, los otros dos dominios proporcionan un canal desde el tungsteno hasta la superficie de la proteína (15 angstroms de longitud) para permitir sustratos específicos. para ingresar a la enzima a través de su canal. [8] En el sitio activo, esta molécula de pterina tiene una conformación similar a una silla de montar (500 con respecto al plano normal) para "sentarse" en el dominio 1, que también adopta una forma con láminas beta para acomodar el sitio tungsteno-pterina. [8]
El centro de hierro entre las dos subunidades cumple una función estructural en AOR. [8] Los átomos del metal hierro adquieren una conformación tetraédrica, mientras que la coordinación del ligando proviene de dos histidinas y ácidos glutámicos. [8] No se sabe que esto tenga ningún papel funcional en la actividad redox de la proteína. [8]
El grupo [Fe4S4] en AOR es diferente en algunos aspectos a otras moléculas de ferredoxina. [3] Las mediciones del EPR confirman que sirve como lanzadera de un electrón. [3]
En el ciclo catalítico, W(VI) (tungsteno "seis") se convierte en W(IV) concomitantemente con la oxidación del aldehído a un ácido carboxílico (equivalentemente, un carboxilato). [3] El intermedio AW(V) se puede detectar mediante espectroscopia EPR . [3] [8]
Mecanismo de reacción general de AOR: [10]
Los equivalentes redox los proporciona el grupo 4Fe-4S.
Se propone un residuo de tirosina para activar el centro electrófilo de los aldehídos mediante enlaces de H al átomo de oxígeno del carbonilo, coordinado con el centro W. [10] Un residuo de ácido glutámico cerca del sitio activo activa una molécula de agua para un ataque nucleofílico al centro del aldehído carbonilo. [10] Después del ataque nucleofílico del agua, el hidruro se transfiere a oxo-tungsteno, es decir, así. [10] Posteriormente, W(VI) se regenera mediante transferencia de electrones al centro 4Fe-4S. [10] Con formaldehído ferredoxina oxidorreductasa, Glu308 y Tyr 416 estarían involucrados, mientras que se muestra que Glu313 e His448 están presentes en el sitio activo de AOR. [9] [10]
