En enzimología , una aspartato racemasa ( EC 5.1.1.13) es una enzima que cataliza la siguiente reacción química :
Esta enzima pertenece a la familia de las isomerasas , específicamente a aquellas racemasas y epimerasas que actúan sobre aminoácidos y derivados de aminoácidos, entre las que se encuentran la glutamato racemasa , la prolina racemasa y la diaminopimelato epimerasa .
El nombre sistemático de esta clase de enzimas es aspartato racemasa . Otros nombres de uso común incluyen D-aspartato racemasa y McyF . [1]
La aspartato racemasa fue descubierta por primera vez en la bacteria grampositiva Streptococcus faecalis por Lamont et al . en 1972. [2] Luego se determinó que la aspartato racemasa también racemiza la L-alanina aproximadamente la mitad de rápido que el L-aspartato , pero no muestra actividad racemasa en presencia de L-glutamato .
Se ha resuelto la estructura cristalográfica de la aspartato racemasa bacteriana en Pyrococcus horikoshii OT3 , [3] Escherichia coli , Microcystis aeruginosa y Picrophilus torridus DSM 9790 .
En la mayoría de las bacterias cuya estructura se conoce, la aspartato racemasa existe como un homodímero , [3] donde cada subunidad tiene un peso molecular de aproximadamente 25 kDa. El complejo consta principalmente de hélices alfa y, además, presenta un pliegue de Rossmann en el centro del dímero. El bolsillo catalítico se encuentra en la hendidura formada por la intersección de los dos dominios. Una molécula de citrato puede caber dentro del bolsillo de unión, lo que lleva a una contracción de la hendidura para formar la "forma cerrada" de la aspartato racemasa. [4]
Se sugiere que dos residuos de cisteína altamente conservados son responsables de la interconversión de L-aspartato y D-aspartato. [3] Estos residuos de cisteína se encuentran a 3-4 angstroms de distancia del carbono α del aspartato. Los estudios de mutagénesis dirigida al sitio mostraron que la mutación del residuo de cisteína corriente arriba a serina resultó en la pérdida completa de la actividad de racemización, mientras que la misma mutación en el residuo de cisteína corriente abajo resultó en la retención del 10-20% de la actividad de racemización. [4] Sin embargo, la mutación del residuo ácido glutamato , que estabiliza el residuo de cisteína corriente abajo, resultó en la pérdida completa de la actividad de racemización. Se sabe que hasta otros 9 residuos interactúan con los isómeros del aspartato y los estabilizan a través de enlaces de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas . [5] [4]
En E. coli , uno de los residuos de cisteína activos se sustituye por un residuo de treonina , lo que permite una promiscuidad de sustrato mucho mayor. [5] Cabe destacar que la aspartato racemasa en E. coli también puede catalizar la racemización del glutamato.
En 2004, se descubrió una aspartato racemasa en Bifidobacterium bifidum como un monómero de 27 kDa . [6] Esta proteína comparte propiedades enzimológicas casi idénticas con la aspartato racemasa homodímera aislada de Streptococcus thermophilus , pero tiene la característica adicional de que su estabilidad térmica aumenta significativamente en presencia de aspartato.
La aspartato racemasa cataliza la siguiente reacción:
La aspartato racemasa puede aceptar L-aspartato o D-aspartato como sustratos .
La racemización de aminoácidos se lleva a cabo mediante dos mecanismos dominantes : mecanismos de una base y mecanismos de dos bases. [7] En los mecanismos de una base, un aceptor de protones abstrae el hidrógeno α del aminoácido sustrato para formar un intermedio carbanión hasta que se reprotona en la otra cara del carbono α. Las racemasas dependientes de piridoxal-5-fosfato (PLP) generalmente aprovechan los mecanismos de una base. En el mecanismo de dos bases, un hidrógeno alfa es abstraído por una base en una cara del aminoácido mientras que otra base protonada dona concertadamente su hidrógeno a la otra cara del aminoácido.
Las racemasas de aspartato en bacterias funcionan en ausencia de PLP, lo que sugiere un mecanismo independiente de PLP. [5] En la literatura se apoya un mecanismo de dos bases, llevado a cabo por dos grupos tiol :
Otras isomerasas independientes de PLP en bacterias incluyen la glutamato racemasa , la prolina racemasa y la hidroxiprolina-2-epimerasa .
La aspartato racemasa de los mamíferos, a diferencia de la aspartato racemasa bacteriana, es una enzima dependiente de PLP. Se desconoce el mecanismo exacto, pero se plantea la hipótesis de que actúa de manera similar a la serina racemasa de los mamíferos , como se indica a continuación:
Los inhibidores generales de residuos de cisteína han demostrado ser agentes eficaces contra la aspartato racemasa monomérica. [2] [5] Tanto la N -etilmaleimida como el 5,5'-ditiobis(2-nitrobenzoato) inhiben la aspartato racemasa monomérica a 1 mM.
Una de las principales funciones de la aspartato racemasa en las bacterias es el metabolismo del D-aspartato. [8] [9] El comienzo del metabolismo del D-aspartato es su conversión a L-alanina . Primero, el D-aspartato es isomerizado a L-aspartato por la aspartato racemasa, seguido de una descarboxilación para formar L-alanina. [9]
Los D-aminoácidos son comunes dentro del peptidoglicano de las bacterias. [10] En Bifidobacterium bifidum , el D-aspartato se forma a partir del L-aspartato a través de la aspartato racemasa y se utiliza como una fracción reticulante en el peptidoglicano. [6]
La aspartato racemasa se expresa en gran medida en el cerebro, el corazón y los testículos de los mamíferos, todos tejidos en los que está presente el D-aspartato. [11] El D-aspartato es abundante en el cerebro embrionario, pero disminuye durante el desarrollo posnatal . La expresión mediada por retrovirus del ARN de horquilla corta complementario a la aspartato racemasa en neuronas recién nacidas del hipocampo adulto condujo a defectos en el desarrollo dendrítico y perjudicó la supervivencia de las neuronas recién nacidas, lo que sugiere que la aspartato racemasa puede modular la neurogénesis adulta en los mamíferos. [12]
El análisis filogenético muestra que las racemasas de aspartato animales dependientes de PLP pertenecen a la misma familia que las racemasas de serina animales dependientes de PLP , y los genes que las codifican comparten un ancestro común. [13] Las racemasas de aspartato en animales han evolucionado independientemente a partir de las racemasas de serina a través de sustituciones de aminoácidos, es decir, la introducción de tres residuos de serina consecutivos. [14] Las racemasas de serina aisladas de Saccoglossus kowalevskii también muestran una alta actividad de racemización de aspartato y glutamato. [15]
