En enzimología , una L-aminoácido oxidasa (LAAO) ( EC 1.4.3.2) es una enzima que cataliza la reacción química :
La enzima fue descrita por primera vez en 1944 por A. Zeller y A. Maritz. [1] Los LAAO no sólo son bastante variables en términos de masa molecular, sino que también varían ampliamente en cuanto a estabilidad. [2] De manera similar, esta enzima participa en una multitud de actividades biológicas que incluyen la inducción de apoptosis , la inducción de edema , la hemorragia y la inhibición o inducción de la agregación plaquetaria . [3]
Como sugiere el nombre de la familia, las LAAO son flavoenzimas que funcionan para catalizar la desaminación oxidativa estereoespecífica de un L- aminoácido . [4] Los tres sustratos de la reacción enzimática son un L- aminoácido , agua y oxígeno , mientras que los tres productos son el correspondiente α- cetoácido (2-oxoácido), amoníaco y peróxido de hidrógeno . Un ejemplo de la enzima en acción ocurre con la conversión de L-alanina en ácido pirúvico (ácido 2-oxopropanoico), como se muestra en la Figura 1.
Aunque los LAAO están presentes en una variedad de organismos eucariotas y procarióticos, [5] el veneno de serpiente es una fuente particularmente rica de la enzima y se propone que los LAAO proporcionen efectos tóxicos tras el envenenamiento. [3] [6] [7] Los LAAO que han sido purificados a partir de los venenos de varias especies de serpientes han demostrado ser los mejores candidatos para examinar esta nueva familia de enzimas. [8] Se ha determinado en la mayoría de los casos de las familias de serpientes, como Viperidae , Crotalidae y Elapidae , que el veneno de serpiente-LAAO (sv-LAAO) constituye aproximadamente del 1 al 9% de la cantidad total de proteínas. [9]
Se informa que la mayoría de los sv-LAAO son homodímeros con múltiples subunidades que tienen pesos moleculares de alrededor de 50 a 70 kDa [6] y la interacción entre las subunidades se produce mediante interacciones no covalentes . Los Sv-LAAO están presentes en las formas ácida, básica y neutra de la proteína. [6] Los estudios que analizan las estructuras cristalinas de rayos X han confirmado que los sv-LAAO a menudo se encuentran como dímeros funcionales, y cada dímero tiene tres dominios. Los tres dominios son el sitio de unión al sustrato , el sitio de unión a FAD y un dominio helicoidal. [8] Se determinó que el sitio de unión al sustrato de la enzima está en la base de un embudo largo que se extiende 25 Å desde la superficie hacia el interior de la proteína. [8] También se ha determinado que el grupo protésico FAD queda profundamente arraigado en la estructura de la enzima, lo que permite interacciones generalizadas tanto con los átomos vecinos como con las moléculas de agua conservadas. [8] Además, este grupo protésico que contiene flavina ha sido clasificado como proveedor de veneno de serpiente con su coloración amarilla oscura por excelencia, que se muestra en la Figura 2. [10]
Una característica inusual reportada para sv-LAAO se refiere a las propiedades de inactivación por frío y reactivación por calor de la proteína. [11] Por lo tanto, la mayoría de las sv-LAAO se consideran enzimas termolábiles . [9]
Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , concretamente a las que actúan sobre el grupo de donantes CH-NH 2 con oxígeno como aceptor. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es L-aminoácido:oxígeno oxidorreductasa (desaminante) . Esta enzima también se llama ofioaminoácido oxidasa . A finales de 2007, se han resuelto 11 estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso de PDB 1F8R, 1F8S, 1REO, 1TDK, 1TDN, 1TDO, 2IID, 2JAE, 2JB1, 2JB2 y 2JB3.
Se han explorado las actividades específicas de sv-LAAO con varios L-aminoácidos. Muchos estudios muestran que varios sv-LAAO muestran preferencia por L-aminoácidos hidrofóbicos como sustratos. [12] Por ejemplo, los resultados han indicado que la mayoría de los sv-LAAO demuestran especificidades relativamente altas hacia aminoácidos hidrófobos como L- Met , L- Leu y L- Ile , además de aminoácidos aromáticos como L- Phe y L- Trp . [8] [13]
Esta enzima participa en 8 vías metabólicas : metabolismo de alanina y aspartato , metabolismo de metionina , degradación de valina , leucina e isoleucina , metabolismo de tirosina , metabolismo de fenilalanina , metabolismo de triptófano , biosíntesis de fenilalanina , tirosina y triptófano y biosíntesis de alcaloides . Emplea un cofactor , el dinucleótido de flavina adenina (FAD). La enzima se une a FAD en el primer paso del proceso catalítico, reduciendo así FAD a FADH 2 . El FAD se regenera a partir de FADH 2 mediante oxidación como resultado de la reducción del O 2 a H 2 O 2 . El mecanismo procede mediante desaminación oxidativa del L-aminoácido, que produce un iminoácido intermedio. Después de la hidrólisis del intermedio, la enzima produce con éxito el ácido 2-oxo, como se muestra en el Esquema 1. [8]
Se ha descubierto una variedad de actividades biológicas a partir de sv-LAAO aislados, incluidas actividades citotóxicas , antibacterianas , antivirales y antiparasitarias , así como efectos de agregación plaquetaria . [14] Estas actividades pueden definirse por la capacidad de la enzima para provocar estrés oxidativo mediante la formación de radicales de oxígeno y peróxido de hidrógeno . [15] El mecanismo de acción particular de los sv-LAAO en términos de agregación plaquetaria se ha determinado con menos claridad, porque se sabe que algunos sv-LAAO crean agregados y otros son factores antiagregantes. [dieciséis]
En estudios recientes, se ha demostrado que se han aislado LAAO de la piel y/o de las secreciones mucosas branquiales del pez roca, el gran esculpido y la platija. [17] Se identificó que la presencia de estas enzimas es un tipo único de proteína antibacteriana en la defensa externa empleada por ciertas especies de peces.
En particular, debido a su potencial como antimicrobiano relevante , células antitumorales y/o consumo de aminoácidos, el interés de investigar los sv-LAAO ha comenzado a crecer. [7] Muchos autores han investigado el mecanismo de acción antibacteriana del sv-LAAO. Está bien establecido que el sv-LAAO mata y descompone las bacterias mediante el H 2 O 2 que se produce como resultado de la reacción de oxidación que ocurre en el entorno circundante. [7]
En un estudio de caso, se informó que el sv-LAAO (aislado del veneno de C. durissus cascavella ) provocó la ruptura de las membranas bacterianas y al mismo tiempo promovió la extravasación o fuga del contenido plasmático fuera de la estructura celular. Argumentaron que la cantidad de peróxido de hidrógeno generado era suficiente para inhibir el crecimiento bacteriano y que la capacidad de la enzima para unirse a las membranas bacterianas no es importante en su actividad antibacteriana. [18]
Las enfermedades cardiovasculares pueden presentarse de muchas formas diferentes, desde miocardiopatía hasta enfermedad arterial periférica , y las enfermedades cardíacas siguen siendo una amenaza clave para la salud humana. Si bien existen tratamientos para prevenir y curar enfermedades cardiovasculares , muchos medicamentos no están disponibles para uso clínico debido a sus graves efectos secundarios además de sus altos niveles de toxicidad. [9] Sin embargo, en la última década, los sv-LAAO se han mostrado prometedores en cuanto a afectar la agregación plaquetaria . Se ha propuesto que se considera que el peróxido de hidrógeno desempeña un papel importante con respecto a la capacidad de las enzimas para causar y prevenir esta agregación plaquetaria . [9] Con este conocimiento, parece que los sv-LAAO podrían evaluarse como un potencial terapéutico para enfermedades cardiovasculares debido a su potencia biológica.
Como consecuencia de las numerosas actividades en las que participa la enzima, se podría deducir que probablemente exista alguna función enzimática respecto a la compleja red de actividades de las toxinas del veneno. [4] Sin embargo, no se ha informado que el papel de los sv-LAAO en la patología inducida por veneno esté suficientemente evaluado.
En virtud de sus propiedades antibacterianas, se ha especulado que los sv-LAAO son en parte responsables del mantenimiento y estabilización tanto del veneno como de la glándula venenosa en las especies de serpientes. [4]
