La enzima cistationina γ-liasa (EC 4.4.1.1, CTH o CSE ; también cistationasa ; nombre sistemático L -cistationina cisteína-liasa (desaminante; formadora de 2-oxobutanoato) ) descompone la cistationina en cisteína , 2-oxobutanoato ( α-cetobutirato ) y amoníaco :
El fosfato de piridoxal es un grupo prostético de esta enzima. [1] [2] [3]
La cistationina γ-liasa también cataliza las siguientes reacciones de eliminación:
En algunas bacterias y mamíferos , incluidos los humanos, esta enzima participa en la generación de sulfuro de hidrógeno . [2] [5] El sulfuro de hidrógeno es uno de los pocos gases que recientemente se descubrió que tiene un papel en la señalización celular en el cuerpo. [6]
La cistationasa utiliza fosfato de piridoxal para facilitar la escisión del enlace de carbono gamma-azufre de la cistationina, lo que da como resultado la liberación de cisteína. [3] El residuo de lisina reforma la aldimina interna liberando ácido α-iminobutírico. Después, la cetimina externa se hidroliza, lo que provoca la formación de α-cetobutirato. [7]
El grupo amino de la cistationina se desprotona y sufre un ataque nucleofílico de la aldimina interna. Una desprotonación adicional por una base general da como resultado la formación de la aldimina externa y la eliminación del residuo de lisina. El residuo de lisina básico puede entonces desprotonar el carbono alfa, empujando la densidad electrónica hacia el nitrógeno del anillo de piridina . [3] El fosfato de piridoxal es necesario para estabilizar este intermedio carbaniónico ; de lo contrario, el pKa del protón sería demasiado alto. [7] El carbono beta se desprotona entonces, creando una insaturación alfa-beta y empujando un par solitario hacia el nitrógeno de la aldimina. Para reformar la aldimina, este par solitario empuja hacia abajo, escindiendo el enlace azufre-carbono gamma, lo que da como resultado la liberación de cisteína. [3]
Después de la eliminación gamma, queda un derivado de piridoxamina del glioxilato de vinilo . El par solitario del nitrógeno de piridina empuja la densidad electrónica hacia el carbono gamma, que está protonado por la lisina. Luego, la lisina ataca a la aldimina externa, empujando la densidad electrónica hacia el carbono beta, que está protonado por un ácido general. Luego, la imina se hidroliza para liberar α-cetobutirato. La desprotonación del residuo de lisina hace que salga el amoníaco, completando así el ciclo catalítico . [7]
La cistationina gamma liasa también muestra actividad gamma-sintasa dependiendo de las concentraciones de los reactivos presentes. [8] Los mecanismos son los mismos hasta que divergen después de la formación del derivado de glioxilato de vinilo. En el mecanismo de la gamma-sintasa, el carbono gamma es atacado por un nucleófilo de azufre, lo que da como resultado la formación de un nuevo enlace azufre-carbono gamma. [7] [8]
La cistationina γ-liasa es un miembro de la familia de enzimas dependientes de PLP del metabolismo Cys/Met. Otros miembros incluyen la cistationina γ sintasa, la cistationina β liasa y la metionina γ liasa. [8] También es un miembro de la familia más amplia de las aspartato aminotransferasas . [1] [8] Al igual que muchas otras enzimas dependientes de PLP, la cistationina γ-liasa es un tetrámero con simetría D2 . [8]
El fosfato de piridoxal está unido en el sitio activo por Lys 212. [2]
La cisteína es el sustrato limitante de la velocidad en la vía sintética del glutatión en el ojo. El glutatión es un antioxidante que protege las cristalinas del ojo de las especies reactivas del oxígeno; las cristalinas desnaturalizadas pueden provocar cataratas . La cistationasa también es un objetivo de las especies reactivas del oxígeno. Por lo tanto, a medida que la cistationasa se oxida, su actividad disminuye, lo que provoca una disminución de la cisteína y, a su vez, del glutatión en el ojo, lo que conduce a una disminución de la disponibilidad de antioxidantes, lo que provoca una disminución adicional de la actividad de la cistationasa. También se ha demostrado que las deficiencias en la actividad de la cistationasa contribuyen al agotamiento del glutatión en pacientes con cáncer y SIDA . [9]
Las mutaciones y deficiencias de la cistationasa se asocian con cistationinuria . Las mutaciones T67I y Q240E debilitan la afinidad de la enzima por el fosfato de piridoxal, el cofactor vital para la función enzimática. [2] Los niveles bajos de H 2 S también se han asociado con la hipertensión en ratones. [10]
Los niveles excesivos de H 2 S, debido al aumento de la actividad de la cistationasa, se asocian con endotoxemia , pancreatitis aguda , shock hemorrágico y diabetes mellitus . [2]
La propargilglicina y la β-cianoalanina son dos inhibidores irreversibles de la cistationasa que se utilizan para tratar los niveles elevados de H 2 S. Mecanísticamente, el grupo amino de la propargilglicina ataca a la aldimina para formar una aldimina externa. La posición β del alquino se desprotona para formar el aleno , que luego es atacado por el fenol de Tyr 114 . La aldimina interna puede regenerarse, pero el éter vinílico recién creado obstaculiza estéricamente el sitio activo, impidiendo que la cisteína ataque al fosfato de piridoxal. [2]
El H2S disminuye la transcripción de la cistationasa en concentraciones entre 10 y 80 μM. Sin embargo, la transcripción aumenta en concentraciones cercanas a 120 μM y se inhibe por completo en concentraciones superiores a 160 μM. [6]
