En enzimología , una manganeso peroxidasa ( EC 1.11.1.13) es una enzima que cataliza la reacción química.
Los 3 sustratos de esta enzima son Mn(II), H + y H2O2 , mientras que sus dos productos son Mn(III ) y H2O .
Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , en concreto las que actúan sobre un peróxido como aceptor (peroxidasas). El nombre sistemático de esta clase de enzimas es Mn (II): peróxido de hidrógeno oxidorreductasa . Otros nombres de uso común incluyen peroxidasa-M2 y peroxidasa dependiente de Mn (oxidante de NADH) . Emplea un cofactor , el hemo . Esta enzima necesita Ca 2+ para funcionar.
Los hongos de pudrición blanca secretan esta enzima para ayudar a la degradación de la lignina .
La manganeso peroxidasa (comúnmente conocida como MnP) fue descubierta en 1985 simultáneamente por los grupos de investigación de Michael H. Gold [1] y Ronald Crawford [2] en el hongo Phanerochaete chrysosporium . La proteína fue secuenciada genéticamente en P. chrysoporium en 1989. [3] Se cree que la enzima es exclusiva de Basidiomycota ya que aún no se ha encontrado ninguna especie de bacteria , levadura o moho que la produzca de forma natural.
La catálisis de MnP ocurre en una serie de reacciones irreversibles de oxidación-reducción ( redox ) que siguen un mecanismo de ping-pong con cinética de segundo orden . [4] En el primer paso del ciclo catalítico, H 2 O 2 , o un peróxido orgánico , ingresa al sitio activo de MnP. Allí, el oxígeno del H 2 O 2 se une a un ion Fe(III) en el cofactor hemo para formar un complejo de peróxido de hierro. Se transfieren dos electrones del Fe 3+ al peróxido, rompiendo el enlace oxígeno-peróxido para formar H 2 O y un complejo radical Fe(IV) oxoporfirina . Este intermedio oxidado se conoce como Compuesto MnP I. El Compuesto MnP I luego se une a un ion Mn(II) monoquelado , que dona un electrón para apagar el radical y formar Mn(III) y el Compuesto II MnP, un oxo-Fe(IV). complejo de porfirina. El compuesto II MnP oxida otro ion Mn(II) a Mn(III) y se reduce mediante la reacción de dos iones H+ y el oxígeno unido al hierro. Esto reforma el ion Fe (III) en el hemo y libera una segunda molécula de agua. [5] Hay muchas desviaciones de este ciclo catalítico tradicional. El compuesto I de MnP se puede utilizar para oxidar Mn (II) libre, ferrocianuro , así como compuestos fenólicos y otros compuestos aromáticos . [6]
El Mn(III) es inestable en medios acuosos , por lo que el MnP lo libera como un quelato de ácido carboxílico de Mn(III) . Hay una variedad de quelantes de ácidos carboxílicos que incluyen oxalato , malonato , tartrato y lactato ; sin embargo, el oxalato es el más común. La estructura de la peroxidasa favorece los quelatos de Mn (III) sobre los iones de Mn (III) libres. El quelato de Mn(III) interactúa con el sitio activo para facilitar la liberación del producto de la enzima. [7] El quelante puede tener un efecto sobre la velocidad cinética e incluso sobre la reacción catalizada. Si el sustrato Mn(II) está quelado con lactato, MnP cataliza la evolución de O 2 . Sin embargo, esta reacción secundaria tiene poco impacto sobre la actividad enzimática porque sigue una cinética de tercer orden más lenta. [4]
A finales de 2007, se han resuelto seis estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso de PDB 1MN1, 1MN2, 1YYD, 1YYG, 1YZP y 1YZR.
Aunque MnP, como otras lignina peroxidasas , es una peroxidasa de Clase II , tiene una estructura terciaria similar a la de las peroxidasas procarióticas de Clase I, pero contiene puentes disulfuro como las peroxidasas de Clase III en las plantas. [8] MnP tiene una estructura globular que contiene 11-12 α-hélices, dependiendo de la especie en la que se produce. Está estabilizado por 10 residuos de aminoácidos de cistina que forman 5 puentes disulfuro, uno de los cuales está cerca del área C-terminal. . El sitio activo contiene un cofactor hemo que está unido por dos iones Ca 2+ , uno encima y otro debajo del hemo. Cerca del propionato de hemo interno hay tres residuos ácidos que se utilizan para estabilizar el Mn (II) o el Mn (III) cuando se une a la enzima. Los residuos específicos varían entre especies, pero se conserva su número y ubicación relativa en la proteína plegada. Hay un total de 357 residuos de aminoácidos en el MnP de P. chrysosoporium , y un número similar en enzimas producidas por otros basidiomicetos. [9]
La función principal de los iones Mn(III) producidos por MnP es la oxidación y degradación de la lignina. [10] Para este propósito, los basidiomicetos secretan MnP, en lugar de Mn(III), y la enzima funciona fuera de la célula fúngica. Los iones Mn (III) de MnP pueden oxidar los compuestos fenólicos de la lignina directamente, pero también pueden oxidar algunos compuestos orgánicos de azufre y ácidos grasos insaturados . Esta oxidación forma radicales tiilo y peroxilo, que en presencia de O 2 , pueden oxidar la lignina o reaccionar con el agua para formar H 2 O 2 . [11] [12] El ion Mn 3+ en sí puede degradar la lignina catalizando escisiones de alquil - arilo y oxidación del carbono α en fenoles. [13]
La actividad de MnP se controla mediante regulación transcripcional . MnP está regulado positivamente por aumentos en las concentraciones extracelulares de Mn(II) [ 14 ] y H2O2 . Se ha descubierto que el aumento de la concentración de O 2 y el estrés por calor también activan la MnP. [15]
