La cistationina beta-liasa ( EC 4.4.1.8), también conocida comúnmente como CBL o β-cistationasa , es una enzima que cataliza principalmente la siguiente reacción de eliminación α,β [1]
Así, el sustrato de esta enzima es la L-cistationina , mientras que sus tres productos son homocisteína , piruvato y amoniaco . [2] [3] [4]
Presente en plantas , bacterias y levaduras , la cistationina beta-liasa es una parte esencial de la vía de biosíntesis de metionina , ya que la homocisteína puede convertirse directamente en metionina por la metionina sintasa . [3] [5] [6] La enzima pertenece a la familia γ de enzimas dependientes de PLP debido a su uso de un cofactor piridoxal-5'-fosfato (PLP) para escindir la cistationina. [7] La enzima también pertenece a la familia de las liasas , específicamente a la clase de liasas de carbono-azufre. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es L-cistationina L-homocisteína-liasa (desaminante; formadora de piruvato) . Esta enzima participa en 5 vías metabólicas : metabolismo de la metionina , metabolismo de la cisteína , metabolismo del selenoaminoácido, metabolismo del nitrógeno y metabolismo del azufre .
La cistationina beta-liasa es un tetrámero compuesto de subunidades idénticas y está construida como un dímero de dímeros, cada uno asociado con una molécula de PLP unida al sitio catalítico por un residuo de lisina . [6] [8] El dímero está formado por dos monómeros asociados a través de varias interacciones electrostáticas , de enlaces de hidrógeno e hidrofóbicas , mientras que el tetrámero se estabiliza a través de interacciones entre los dominios N-terminales y las α-hélices clave . [3]
La mayoría de los residuos del sitio catalítico de la enzima se conservan entre las enzimas involucradas en la vía de transulfuración . [6] Otros miembros incluyen la cistationina gamma-sintasa , la cistationina gamma-liasa y la metionina gamma liasa . [9] [10] Además, estas estructuras exhiben un pliegue tipo I y pertenecen a la familia de la aspartato aminotransferasa (AAT), caracterizada por homodímeros con simetría diedra y sitios activos compuestos de residuos que pertenecen a subunidades adyacentes. [11] [12]
El monómero de cistationina beta-liasa consta de tres dominios funcional y estructuralmente distintos:
Compuesto por tres hélices α y una hebra beta que contribuyen a la formación de la estructura cuaternaria . [6] [13] Este dominio contiene residuos que interactúan con el sitio activo de la subunidad vecina para facilitar la unión del sustrato y del cofactor. [4]
Contiene la mayoría de los residuos catalíticos relevantes de la enzima. Está compuesta por hélices α y láminas β con una lámina β paralela distintiva de siete hebras. Estas láminas forman una estructura curva alrededor de la hélice de unión del PLP. El PLP está unido covalentemente a un residuo de lisina en el extremo C de la lámina. [3] [4]
El dominio más pequeño de la enzima, que está unido al dominio de unión de PLP mediante una hélice α larga y enroscada. El dominio está estructurado en una lámina β antiparalela de cuatro cadenas con hélices vecinas. [4]
Además de estar unido a un residuo de lisina, el PLP se fija dentro del sitio de unión del sustrato de la enzima a través de varias interacciones con residuos catalíticos. Los residuos que contienen amina e hidroxilo se encuentran a una distancia de enlace de hidrógeno de los cuatro oxígenos del fosfato . [3] Se considera que este grupo fosfato es el principal contribuyente a asegurar el PLP en el sitio activo. Además, los residuos vecinos al nitrógeno de piridina en el PLP ayudan a estabilizar su carga positiva , lo que aumenta su carácter electrofílico . [14]
El anillo aromático del PLP está fijado en su lugar por un residuo de tirosina casi coplanar . Se cree que esta configuración aumenta el carácter de sumidero de electrones del cofactor. Estas interacciones de apilamiento entre el PLP y las cadenas laterales aromáticas se pueden encontrar en la mayoría de las enzimas dependientes del PLP, ya que desempeñan un papel importante en la catálisis de la reacción al facilitar la transaldiminación. [15]
Como se muestra en el mecanismo a continuación, la cistationina beta-liasa facilita la escisión del enlace SC en la cistationina con el uso de un cofactor PLP unido a un residuo de lisina catalítica. [3] [4] Inicialmente, se necesita un grupo amino desprotonado para realizar la reacción de transaldiminación. [13] Dado que el pH óptimo para la enzima está entre 8,0 y 9,0, existe un residuo de tirosina en el bolsillo catalítico como un fenolato , que abstrae un protón del grupo α-amino del sustrato. [5] [6] En el siguiente paso, la amina desprotonada sufre un ataque nucleofílico y desplaza la lisina para formar una base de Schiff , formando una aldimina interna .
La lisina liberada ahora puede abstraer el protón del C α y formar un intermediario quinoide , lo que se facilita mediante la deslocalización de la carga negativa sobre el sistema p conjugado de PLP . [14] Posteriormente, la protonación de S γ induce la escisión del enlace C β -S γ , liberando así homocisteína [3] [13]
La aldimina externa es desplazada por el ataque nucleofílico de la lisina, regenerando la aldimina interna catalíticamente activa y liberando deshidroalanina . [4] Por último, la enamina se tautomeriza en una imina que sufre desaminación hidrolítica para formar piruvato y amoníaco. [16]
Las cistationina beta-liasas vegetales y bacterianas son inhibidas por el aminoácido antimicrobiano , L-aminoetoxivinilglicina (AVG), y el aminoácido antibacteriano , rizobitoxina. [3]
La cistationina beta-liasa en plantas exhibe un proceso de inactivación con mecanismo de dos pasos con AVG, en el que se forma un complejo inhibidor-enzima reversible antes de la inactivación irreversible de la enzima:
La adición excesiva de cistationina impidió la inactivación de la enzima, lo que sugiere que AVG actúa como un inhibidor competitivo con respecto a la cistationina. [5] Además, se ha demostrado que la enzima es sensible a los inhibidores bloqueadores de tiol , como N-etilmaleimida y yodoacetamida . [8] [17]
A diferencia de las plantas, la cistationina beta-liasa en las bacterias exhibe un mecanismo de inhibición de un solo paso:
Mediante métodos cinéticos y cristalografía de rayos X , se observó una inhibición de unión lenta y dependiente del tiempo. Se cree que el inhibidor se une a la enzima de manera similar al sustrato; sin embargo, después de la abstracción del protón α, la reacción procede a crear un derivado PLP de cetimina inactivo. [18]
La cistationina beta-liasa de Arabidopsis posee un 22% de homología con su contraparte de Escherichia coli y una homología aún mayor (entre el 28% y el 36%) con la cistationina γ-sintasa de fuentes vegetales y bacterianas y la cistationina γ-liasa de Saccharomyces cerevisiae . [19] Todas estas enzimas están involucradas en la vía biosintética de Cys/Met y pertenecen a la misma clase de enzimas dependientes de PLP, lo que sugiere que estas enzimas se derivaron de un ancestro común. [6] [20]
La cistationina beta-liasa cataliza la producción de homocisteína, un precursor directo de la metionina. La metionina es un aminoácido esencial para las bacterias que se requiere para la síntesis de proteínas y la síntesis de S-adenosilmetionina ; por lo tanto, el aminoácido está directamente relacionado con la replicación del ADN . Debido a su necesidad en la replicación del ADN, la inhibición de la cistationina beta-liasa es un objetivo antibiótico atractivo. [21] Además, la enzima está ausente en humanos, lo que disminuye la posibilidad de efectos secundarios nocivos e indeseados . [22]
Los estudios han vinculado la actividad antifúngica de varios agentes antifúngicos con la inhibición de la cistationina beta-liasa; sin embargo, otros estudios no han observado inhibición enzimática por parte de estos. Se necesitan más investigaciones para caracterizar el alcance total que tiene la inhibición de la cistationina beta-liasa sobre el crecimiento microbiano y fúngico. [21]
