En enzimología , la corismato mutasa ( EC 5.4.99.5) es una enzima que cataliza la reacción química para la conversión de corismato a prefenato en la vía de producción de fenilalanina y tirosina , también conocida como vía del shikimato . Por lo tanto, esta enzima tiene un sustrato , corismato , y un producto , prefenato . La corismato mutasa se encuentra en un punto de ramificación en la vía. La enzima canaliza el sustrato, corismato, hacia la biosíntesis de tirosina y fenilalanina y lejos del triptófano . [1] Su papel en el mantenimiento del equilibrio de estos aminoácidos aromáticos en la célula es vital. [2] Este es el único ejemplo conocido de una enzima natural que cataliza una reacción pericíclica . [2] [nb 1] La corismato mutasa solo se encuentra en hongos, bacterias y plantas superiores. Algunas variedades de esta proteína pueden utilizar el modelo de morfeína de regulación alostérica . [4]
Esta enzima pertenece a la familia de las isomerasas , específicamente a aquellas transferasas intramoleculares que transfieren grupos funcionales. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es corismato piruvatomutasa . La corismato mutasa, también conocida como hidroxifenilpiruvato sintasa , participa en la biosíntesis de fenilalanina, tirosina y triptófano. [1] Las estructuras de las corismato mutasas varían en diferentes organismos, pero la mayoría pertenecen a la familia AroQ y se caracterizan por un homodímero entrelazado de subunidades de 3 hélices. La mayoría de las corismato mutasas de esta familia tienen un aspecto similar al de Escherichia coli . Por ejemplo, la estructura secundaria de la corismato mutasa de la levadura es muy similar a la de E. coli . Las corismato mutasas de la familia AroQ son más comunes en la naturaleza y están ampliamente distribuidas entre los procariotas. [1] Para un funcionamiento óptimo, normalmente tienen que ir acompañadas de otra enzima como la prefenato deshidrogenasa. Estas corismato mutasas son típicamente enzimas bifuncionales, es decir, contienen dos capacidades catalíticas en la misma cadena polipeptídica. [1] Sin embargo, las corismato mutasas de organismos eucariotas son más comúnmente monofuncionales. Existen organismos como Bacillus subtilis cuya corismato mutasa tiene una estructura completamente diferente y es monofuncional. Estas enzimas pertenecen a la familia AroH y se caracterizan por una topología de barril trimérico α/β. [5]
La conversión de corismato en prefenato es el primer paso comprometido en la vía de producción de los aminoácidos aromáticos : tirosina y fenilalanina. La presencia de la mutasa de corismato aumenta la velocidad de la reacción un millón de veces. [6] En ausencia de catálisis enzimática, este mecanismo procede como un paso concertado, pero asincrónico y es un proceso exergónico . El mecanismo para esta transformación es formalmente un reordenamiento de Claisen , respaldado por los datos cinéticos e isotópicos informados por Knowles, et al. [7]
La mutasa del corismato de E. coli y de levadura tiene una homología de secuencia limitada, pero sus sitios activos contienen residuos similares. El sitio activo de la mutasa del corismato de levadura contiene Arg16, Arg157, Thr242, Glu246, Glu198, Asn194 y Lys168. El sitio activo de E. coli contiene los mismos residuos con la excepción de estos intercambios notados: Asp48 por Asn194, Gln88 por Glu248 y Ser84 por Thr242. En el sitio activo de la enzima, las interacciones entre estos residuos específicos y el sustrato restringen los grados de libertad conformacionales, de modo que la entropía de activación se reduce efectivamente a cero y, por lo tanto, promueve la catálisis. Como resultado, no hay un intermediario formal, sino más bien un estado de transición pseudodiaxial similar a una silla . La evidencia de esta conformación la proporciona un efecto isotópico cinético secundario inverso en el carbono directamente unido al grupo hidroxilo. [6] Esta disposición aparentemente desfavorable se logra a través de una serie de interacciones electrostáticas, que rotan la cadena extendida de corismato hacia la conformación requerida para este mecanismo concertado.
Un factor estabilizador adicional en este complejo enzima-sustrato es el enlace de hidrógeno entre el par solitario del oxígeno en el sistema de éter vinílico y los residuos donantes de enlaces de hidrógeno. Esto no sólo estabiliza el complejo, sino que la interrupción de la resonancia dentro del éter vinílico desestabiliza el estado fundamental y reduce la barrera energética para esta transformación. Una visión alternativa es que la estabilización electrostática del estado de transición polarizado es de gran importancia en esta reacción. En el sitio activo de la corismato mutasa, el análogo del estado de transición se estabiliza mediante 12 interacciones electrostáticas y de enlace de hidrógeno. [8] Esto se muestra en mutantes de la enzima nativa en la que Arg90 se reemplaza con citrulina para demostrar la importancia del enlace de hidrógeno para estabilizar el estado de transición. [9] Otro trabajo que utilizó corismato mutasa de Bacillus subtilis mostró evidencia de que cuando un catión se colocaba adecuadamente en el sitio activo, las interacciones electrostáticas entre él y el estado de transición cargado negativamente promovían la catálisis. [2]
Se han realizado estudios adicionales para apoyar la relevancia de un confórmero de ataque cercano (NAC) en la reacción catalizada por la corismato mutasa. Este NAC es la conformación reactiva del estado fundamental que se convierte directamente al estado de transición en la enzima. Utilizando métodos de integración termodinámica (TI), se calcularon las energías libres estándar (ΔG N ° ) para la formación de NAC en seis entornos diferentes. Los datos obtenidos sugieren que la catálisis efectiva se deriva de la estabilización tanto del NAC como del estado de transición. [10] Sin embargo, otra evidencia experimental apoya que el efecto NAC observado es simplemente un resultado de la estabilización electrostática del estado de transición. [11] [12]
En general, se han realizado estudios exhaustivos sobre el mecanismo exacto de esta reacción. Sin embargo, aún se debate la contribución relativa de la restricción conformacional del sustrato flexible, los enlaces de hidrógeno específicos al estado de transición y las interacciones electrostáticas a la mejora de la velocidad observada.
