La enzima fluorinasa ( EC 2.5.1.63, también conocida como adenosil-fluoruro sintasa) cataliza la reacción entre el ion fluoruro y el cofactor S -adenosil-L-metionina para generar L-metionina y 5'-fluoro-5'-desoxiadenosina. , el primer producto comprometido de la vía de biosíntesis de fluorometabolitos. [1] La fluorinasa se aisló originalmente de la bacteria del suelo Streptomyces Cattleya , pero desde entonces se han identificado homólogos en varias otras especies bacterianas, incluida Streptomyces sp. MA37, Nocardia brasiliensis y Actinoplanes sp. N902-109. [2] Esta es la única enzima conocida capaz de catalizar la formación de un enlace carbono-flúor, el enlace simple más fuerte en química orgánica. [3]
La fluorinasa cataliza la reacción entre el ion fluoruro y el cofactor S -adenosil-L-metioinina (SAM) para generar 5'-fluoro-5'-desoxiadenosina (FDA) y L-metionina (L-Met). [1]
Se ha aislado de Salinospora tropica , a partir de la vía biosintética de la salinosporamida A , una enzima clorinasa homóloga , que cataliza la misma reacción con el ion cloruro en lugar de con el ion fluoruro. [4]
Reactividad
La fluorinasa cataliza una sustitución nucleofílica de tipo SN 2 en la posición C-5' de SAM, mientras que la L-metionina actúa como un grupo saliente neutro. [5] [6] Se estima que la reacción catalizada por fluorinasa es entre 10 6 [6] y 10 15 [7] veces más rápida que la reacción no catalizada, una mejora significativa de la velocidad. A pesar de esto, la fluorinasa todavía se considera una enzima lenta, con un número de recambio (kcat ) de 0,06 min -1 . [8] La alta barrera cinética para la reacción se atribuye a la fuerte solvatación del ion fluoruro en agua, lo que resulta en una alta energía de activación asociada con la extracción de las moléculas de agua solvatadas del ion fluoruro acuoso, convirtiendo el fluoruro en un potente nucleófilo dentro del sitio activo.
La reacción catalizada por la fluorinasa es reversible y, tras la incubación de 5'-fluoro-5'-desoxiadenosina y L-metionina con la fluorinasa, se producen SAM y iones fluoruro. [9] Reemplazar la L-metionina con L-selenometionina da como resultado una mejora de la velocidad de 6 veces de la reacción inversa, [9] debido al aumento de la nucleofilicidad del centro de selenio en comparación con el centro de azufre.
La fluorinasa muestra un grado de tolerancia al sustrato para el ion haluro y también puede usar ion cloruro en lugar de ion fluoruro. Mientras que el equilibrio para la reacción entre SAM y el ion fluoruro se encuentra hacia los productos FDA y L-metionina, la posición del equilibrio se invierte en el caso del ion cloruro. La incubación de SAM y del ion cloruro con la fluorinasa no da como resultado la generación de 5'-cloro-5'-desoxiadenosina (ClDA), a menos que se agregue una enzima adicional, una L- aminoácido oxidasa . La aminoácido oxidasa elimina la L-metionina de la reacción, convirtiéndola en el oxoácido correspondiente.
La fluorinasa también puede catalizar la reacción entre el ion cloruro y el cofactor S -adenosil-L-metioinina (SAM) para generar 5'-cloro-5'-desoxiadenosina (ClDA) y L-metionina (L-Met). La reacción solo procede cuando la L-metionina se elimina de la reacción mediante una L-aminoácido oxidasa, lo que lleva el equilibrio de la reacción hacia ClDA.
La preferencia de haluro, junto con la posición de los dos equilibrios de reacción, permite que la enzima catalice una reacción de transhalogenación neta. [9] La incubación de 5'-cloro nucleósidos con la enzima, junto con L-selenometionina catalítica o L-metionina, da como resultado la producción de 5-fluoro nucleósidos. Cuando se utiliza fluoruro de [ 18 F] , esta reacción de transhalogenación se puede utilizar para la síntesis de radiotrazadores para tomografía por emisión de positrones . [10] [11]
La incubación de ClDA con fluorinasa en presencia de L-metionina e ion fluoruro da como resultado la generación de FDA, a través de un intermedio SAM.
Los nombres dados a la enzima no provienen de la estructura, sino de la función: 5-fluoro-5-desoxiadenosina es la molécula sintetizada. La estructura es homóloga a la serie de enzimas duf-62 . La enzima es un dímero de trímeros (2 moléculas cada una con tres subunidades). Los sitios activos están ubicados entre estas subunidades (interfaces de subunidades), cada uno puede unirse a una molécula de SAM a la vez. [12]
^ ab O'Hagan D, Schaffrath C, Cobb SL, Hamilton JT, Murphy CD (marzo de 2002). "Bioquímica: biosíntesis de una molécula de organofluorado". Naturaleza . 416 (6878): 279.doi : 10.1038 /416279a . PMID 11907567.
^ Deng H, Ma L, Bandaranayaka N, Qin Z, Mann G, Kyeremeh K, Yu Y, Shepherd T, Naismith JH, O'Hagan D (febrero de 2014). "Identificación de fluorinasas de Streptomyces sp MA37, Norcardia brasiliensis y Actinoplanes sp N902-109 mediante minería del genoma". ChemBioChem . 15 (3): 364–8. doi :10.1002/cbic.201300732. PMID 24449539.
^ O'Hagan D (febrero de 2008). "Comprensión de la química organofluorada. Una introducción al enlace CF". Reseñas de la sociedad química . 37 (2): 308–19. doi :10.1039/b711844a. PMID 18197347.
^ Eustáquio AS, Pojer F, Noel JP, Moore BS (enero de 2008). "Descubrimiento y caracterización de una clorinasa dependiente de SAM bacteriana marina". Biología Química de la Naturaleza . 4 (1): 69–74. doi :10.1038/nchembio.2007.56. PMC 2762381 . PMID 18059261.
^ Cadicamo CD, Courtieu J, Deng H, Meddour A, O'Hagan D (mayo de 2004). "La fluoración enzimática en Streptomyces Cattleya se produce con una inversión de configuración consistente con un mecanismo de reacción SN2". ChemBioChem . 5 (5): 685–90. doi :10.1002/cbic.200300839. PMID 15122641.
^ ab Senn HM, O'Hagan D, Thiel W (octubre de 2005). "Información sobre la formación de enlaces CF enzimáticos a partir de cálculos QM y QM/MM". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 127 (39): 13643–55. doi :10.1021/ja053875s. PMID 16190730.
^ Lohman DC, Edwards DR, Wolfenden R (octubre de 2013). "Catálisis por desolvatación: la destreza catalítica de las enzimas alquilantes de haluros dependientes de SAM". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 135 (39): 14473–5. doi :10.1021/ja406381b. PMID 24041082.
^ Zhu X, Robinson DA, McEwan AR, O'Hagan D, Naismith JH (noviembre de 2007). "Mecanismo de fluoración enzimática en Streptomyces Cattleya". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 129 (47): 14597–604. doi : 10.1021/ja0731569. PMC 3326528 . PMID 17985882.
^ abc Deng H, Cobb SL, McEwan AR, McGlinchey RP, Naismith JH, O'Hagan D, Robinson DA, Spencer JB (enero de 2006). "La fluorinasa de Streptomyces Cattleya también es una clorinasa". Angewandte Chemie . 45 (5): 759–62. doi :10.1002/anie.200503582. PMC 3314195 . PMID 16370017.
^ Deng H, Cobb SL, Gee AD, Lockhart A, Martarello L, McGlinchey RP, O'Hagan D, Onega M (febrero de 2006). "Formación de enlaces C-(18)F mediada por fluorinasa, una herramienta enzimática para el etiquetado de PET". Comunicaciones químicas (6): 652–4. doi :10.1039/b516861a. PMID 16446840.
^ Thompson S, Onega M, Ashworth S, Fleming IN, Passchier J, O'Hagan D (septiembre de 2015). "Un etiquetado de (18) F mediado por enzima fluorinasa de dos pasos de un péptido RGD para tomografía por emisión de positrones". Comunicaciones Químicas . 51 (70): 13542–5. doi : 10.1039/c5cc05013h . hdl : 10023/7790 . PMID 26221637.
^ Dong C, Huang F, Deng H, Schaffrath C, Spencer JB, O'Hagan D, Naismith JH (febrero de 2004). "Estructura cristalina y mecanismo de una enzima fluorante bacteriana". Naturaleza . 427 (6974): 561–5. doi : 10.1038/naturaleza02280. PMID 14765200.
