En enzimología , una fosfoenolpiruvato mutasa ( EC 5.4.2.9) es una enzima que cataliza la reacción química
Por lo tanto, esta enzima tiene un sustrato , fosfoenolpiruvato (PEP), y un producto , 3-fosfonopiruvato (PPR), que son isómeros estructurales .
Esta enzima pertenece a la familia de las isomerasas , específicamente las fosfotransferasas (fosfomutasas), que transfieren grupos fosfato dentro de una molécula. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es fosfoenolpiruvato 2,3-fosfonomutasa . Otros nombres de uso común incluyen fosfoenolpiruvato-fosfonopiruvato fosfomutasa , PEP fosfomutasa , fosfoenolpiruvato fosfomutasa , PEPPM y PEP fosfomutasa . Esta enzima participa en el metabolismo de los aminofosfonatos .
La fosfoenolpiruvato mutasa fue descubierta en 1988. [1] [2]
A finales de 2007, se han resuelto 6 estructuras para esta clase de enzimas, todas por el grupo Herzberg [1] en la Universidad de Maryland utilizando PEPPM del mejillón azul , Mytilus edulis . La primera estructura ( código de acceso PDB 1PYM) se resolvió en 1999 y presentó un inhibidor de oxalato de magnesio. [3] Esta estructura identificó la enzima como compuesta por subunidades de barril beta idénticas (que exhiben el pliegue de barril TIM , que consta de ocho hebras beta paralelas ). Se observó dimerización en la que una hélice de cada subunidad interactúa con el barril de la otra subunidad; los autores llamaron a esta característica "intercambio de hélice". Los dímeros también pueden dimerizarse para formar una enzima homotetramérica. Sobre la base de este estudio se propuso un mecanismo de doble transferencia de fosforilo: esto implicaría la ruptura del enlace fósforo-oxígeno de PEP para formar un intermediario fosfoenzima, seguido de la transferencia del grupo fosforilo de la enzima al carbono-3, formando PPR.
Sin embargo, más recientemente, se resolvió una estructura con un inhibidor de sulfopiruvato, que es un análogo de sustrato más cercano (1M1B); [4] este estudio apoyó en cambio un mecanismo disociativo . Una característica notable de estas estructuras fue el blindaje del sitio activo del solvente; se propuso que se produce un cambio conformacional significativo en la unión para permitir esto, moviendo la proteína de un estado "abierto" a uno "cerrado", y esto fue apoyado por varias estructuras cristalinas en el estado abierto. [5] Tres de estas eran del tipo salvaje : la apoenzima en 1S2T, la enzima más su cofactor de ion magnesio en 1S2V y la enzima con alta fuerza iónica en 1S2W. Un mutante (D58A, en uno de los bucles del sitio activo) también se cristalizó como apoenzima (1S2U). A partir de estas estructuras, se identificó un bucle de "puerta" del sitio activo (residuos 115-133) que protege el sustrato del solvente en la conformación cerrada.
Las dos conformaciones, tomadas de las estructuras cristalinas 1M1B (cerrada) y 1S2T (abierta), están acopladas entre sí en las imágenes siguientes; difieren de manera insignificante excepto en el bucle de activación, que es de color púrpura para la conformación cerrada y azul para la conformación abierta. En el primer plano del sitio activo (izquierda), también se incluyen varias cadenas laterales (cian) que se han identificado como importantes en la catálisis; la descripción general (derecha) ilustra el pliegue distintivo de intercambio de hélice. Las imágenes son tomas fijas de cinemágenes de cinta . Ambas estructuras se cristalizaron como dímeros. En la cadena A (utilizada para el primer plano del sitio activo), las hélices son rojas, mientras que los bucles (excepto el bucle de activación) son blancos y las cadenas beta son verdes; en la cadena B, las hélices son amarillas, las cadenas beta son oliva y los bucles son grises; estos colores son los mismos para las estructuras cerradas y abiertas. Los iones de magnesio son grises y los ligandos de sulfopiruvato son rosados; Ambos son de estructura cerrada (aunque la enzima también se ha cristalizado solo con magnesio unido y adoptó una conformación abierta).
La estructura de la PEPPM es muy similar a la de la metilisocitrato liasa , una enzima implicada en el metabolismo del propanoato cuyo sustrato es también un ácido carboxílico de bajo peso molecular (la estructura de barril beta, así como la disposición del sitio activo y la geometría de multimerización son las mismas). La isocitrato liasa también es bastante similar, aunque cada subunidad tiene un segundo dominio beta más pequeño además del barril beta principal.
Se cree que la fosfoenolpiruvato mutasa presenta un mecanismo disociativo. [4] Un ion magnesio está involucrado como cofactor. El grupo fosforilo/fosfato también parece interactuar iónicamente con Arg159 e His190, estabilizando el intermediario reactivo. Un intermediario fosfoenzima es poco probable porque los residuos más factibles para el aducto covalente pueden mutarse con solo una pérdida parcial de función. La reacción implica la disociación del fósforo del oxígeno 2 y luego un ataque nucleofílico del carbono 3 sobre el fósforo. Cabe destacar que la configuración se conserva en el fósforo, es decir, el carbono 3 de PPR se agrega a la misma cara del fósforo de la que se eliminó el oxígeno 2 de PEP; esto sería poco probable para un mecanismo disociativo no catalizado por enzimas, pero dado que el intermediario reactivo interactúa fuertemente con los aminoácidos y los iones de magnesio del sitio activo, es de esperar en presencia de catálisis enzimática.
Los residuos en el bucle de activación del sitio activo, particularmente Lys120, Asn122 y Leu124, también parecen interactuar con el sustrato y el intermedio reactivo; estas interacciones explican por qué el bucle se mueve a la conformación cerrada al unirse al sustrato.
Debido a que la fosfoenolpiruvato mutasa tiene la inusual capacidad de formar un nuevo enlace carbono-fósforo, es esencial para la síntesis de fosfonatos , como los fosfonolípidos y los antibióticos fosfomicina y bialafos . La formación de este enlace es bastante desfavorable termodinámicamente; aunque el PEP es un compuesto de fosfato de muy alta energía, el equilibrio en la interconversión PEP-PPR todavía favorece al PEP. [1] La enzima fosfonopiruvato descarboxilasa presenta una solución a este problema: cataliza la descarboxilación muy favorable termodinámicamente de PPR, y el 2-fosfonoacetaldehído resultante se convierte luego en fosfonatos biológicamente útiles. Esto permite que la reacción del fosfoneolpiruvato proceda en la dirección hacia adelante, debido al principio de Le Chatelier . La descarboxilación elimina el producto rápidamente y, por lo tanto, la reacción avanza aunque habría mucho más reactivo que producto si se permitiera que el sistema alcanzara el equilibrio por sí solo.
La enzima carboxifosfoenolpiruvato fosfonomutasa realiza una reacción similar, convirtiendo el P-carboxifosfoenolpiruvato en fosfinopiruvato y dióxido de carbono . [2] [6]
