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Peroxidasa de ascorbato

La ascorbato peroxidasa (o L-ascorbato peroxidasa , APX o APEX ) ( EC 1.11.1.11) es una enzima que cataliza la reacción química

L-ascorbato + H 2 O 2 deshidroascorbato + 2 H 2 O

Es un miembro de la familia de las peroxidasas que contienen hemo . Las hemo peroxidasas catalizan la oxidación dependiente de H 2 O 2 de una amplia gama de diferentes sustratos, generalmente orgánicos, en biología.

Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , específicamente aquellas que actúan sobre un peróxido como aceptor (peroxidasas). El nombre sistemático de esta clase de enzimas es L-ascorbato:peróxido de hidrógeno oxidorreductasa . Otros nombres de uso común incluyen L-ácido ascórbico peroxidasa , L-peroxidasa específica del ácido ascórbico , ascorbato peroxidasa y ácido ascórbico peroxidasa . Esta enzima participa en el metabolismo del ascorbato y el aldarato .

Descripción general

La actividad de peroxidasa dependiente de ascorbato se informó por primera vez en 1979, [1] [ 2] más de 150 años después de la primera observación de la actividad de peroxidasa en plantas de rábano picante [3] y casi 40 años después del descubrimiento de la enzima peroxidasa del citocromo c estrechamente relacionada . [4]

Las peroxidasas se han clasificado en tres tipos (clase I, clase II y clase III): las peroxidasas de ascorbato son una enzima peroxidasa de clase I. [5] Las APX catalizan la oxidación dependiente de H 2 O 2 del ascorbato en plantas, algas y ciertas cianobacterias. [6] La APX tiene una alta identidad de secuencia con la peroxidasa del citocromo c , que también es una enzima peroxidasa de clase I. En condiciones fisiológicas, el producto inmediato de la reacción, el radical monodeshidroascorbato, se reduce de nuevo a ascorbato por una enzima monodeshidroascorbato reductasa ( monodeshidroascorbato reductasa (NADH) ). En ausencia de una reductasa, dos radicales monodeshidroascorbato se desproporcionan rápidamente a ácido deshidroascórbico y ascorbato . La APX es un componente integral del ciclo del glutatión-ascorbato . [7]

Especificidad del sustrato

Las enzimas APX muestran una alta especificidad para el ascorbato como donador de electrones, pero la mayoría de las APX también oxidan otros sustratos orgánicos que son más característicos de las peroxidasas de clase III (como la peroxidasa de rábano picante ), en algunos casos a velocidades comparables a las del propio ascorbato. Esto significa que definir una enzima como APX no es sencillo, pero suele aplicarse cuando la actividad específica para el ascorbato es mayor que para otros sustratos. Algunas proteínas de la familia APX carecen de los residuos de aminoácidos que se unen al ascorbato, lo que sugiere que podrían oxidar otras moléculas además del ascorbato. [8]

Mecanismo

La mayor parte de la información sobre el mecanismo proviene de trabajos sobre las enzimas citosólicas del guisante y de la soja. El mecanismo de oxidación del ascorbato se logra por medio de un intermedio del Compuesto I oxidado, que posteriormente es reducido por el sustrato en dos pasos secuenciales de transferencia de un solo electrón (ecuaciones [1]–[3], donde HS = sustrato y S • = forma oxidada de un electrón del sustrato).

APX + H 2 O 2 → Compuesto I + H 2 O [1]
Compuesto I + HS → Compuesto II + S • [2]
Compuesto II + HS → APX + S • + H 2 O [3]

En la peroxidasa de ascorbato, el compuesto I es una especie transitoria (verde) y contiene una especie de hierro de alta valencia (conocida como hemo ferrilo, Fe IV ) y un radical de catión pi de porfirina , [9] , [10] como el que se encuentra en la peroxidasa de rábano picante. El compuesto II contiene solo el hemo ferrilo.

Información estructural

La estructura del APX citosólico del guisante se informó en 1995. [11] También se conoce la interacción de unión del APX citosólico de la soja con su sustrato fisiológico, el ascorbato [12] , [13] y con varios otros sustratos [14] .

A finales de 2007, se han resuelto 12 estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso PDB 1APX, 1IYN, 1OAF, 1OAG, 1V0H, 2CL4, 2GGN, 2GHC, 2GHD, 2GHE, 2GHH y 2GHK.

Aplicaciones en imágenes celulares

Tanto el APX del guisante [15] como el APX de la soja y sus mutantes (APEX, APEX2) [16] se han utilizado en estudios de microscopía electrónica para obtener imágenes celulares.

Véase también

Referencias

  1. ^ Kelly GJ, Latzko E (diciembre de 1979). "Peroxidasa de ascorbato soluble: detección en plantas y uso en la estimación de vitamina C". Die Naturwissenschaften . 66 (12): 617–9. doi :10.1007/bf00405128. PMID  537642. S2CID  12729653.
  2. ^ Groden D, Beck E (junio de 1979). "Destrucción de H2O2 por sistemas dependientes de ascorbato de cloroplastos". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics . 546 (3): 426–35. doi :10.1016/0005-2728(79)90078-1. PMID  454577.
  3. ^ Planche LA (1810). "Note sur la sofisticación de la resina de jalap et sur les moyens de la reconnaître". Farmacia Toro . 2 : 578–80.
  4. ^ Altschul AM, Abrams R, Hogness TR (1940). "Peroxidasa del citocromo c" (PDF) . Revista de química biológica . 136 (3): 777–794. doi : 10.1016/S0021-9258(18)73036-6 .
  5. ^ Welinder KG (1992). "Superfamilia de peroxidasas vegetales, fúngicas y bacterianas". Curr. Opin. Chem. Biol . 2 (3): 388–393. doi :10.1016/0959-440x(92)90230-5.
  6. ^ Raven EL (agosto de 2003). "Comprensión de la diversidad funcional y la especificidad del sustrato en las hemo peroxidasas: ¿qué podemos aprender de la ascorbato peroxidasa?". Natural Product Reports . 20 (4): 367–81. doi :10.1039/B210426C. PMID  12964833.
  7. ^ Noctor G, Foyer CH (junio de 1998). "ASCORBATO Y GLUTATIÓN: Manteniendo el oxígeno activo bajo control". Revisión anual de fisiología vegetal y biología molecular vegetal . 49 : 249–279. doi :10.1146/annurev.arplant.49.1.249. PMID  15012235.
  8. ^ Lazzarotto F, Menguer PK, Del-Bem LE, Zámocký M, Margis-Pinheiro M (abril de 2021). "Neofuncionalización de la ascorbato peroxidasa en el origen de APX-R y APX-L: evidencia de arqueoplastidos basales". Antioxidantes . 10 (4): 597. doi : 10.3390/antiox10040597 . PMC 8069737 . PMID  33924520. 
  9. ^ Patterson WR, Poulos TL, Goodin DB (abril de 1995). "Identificación de un radical catión de porfirina pi en el compuesto I de la ascorbato peroxidasa". Bioquímica . 34 (13): 4342–5. doi :10.1021/bi00013a024. PMID  7703248.
  10. ^ Jones DK, Dalton DA, Rosell FI, Raven EL (diciembre de 1998). "Clase I hemo peroxidasas: caracterización de la peroxidasa de ascorbato de soja". Archivos de bioquímica y biofísica . 360 (2): 173–8. doi :10.1006/abbi.1998.0941. PMID  9851828.
  11. ^ Patterson WR, Poulos TL (abril de 1995). "Estructura cristalina de la peroxidasa de ascorbato citosólica de guisante recombinante". Bioquímica . 34 (13): 4331–41. doi :10.1021/bi00013a023. PMID  7703247.
  12. ^ Sharp KH, Mewies M, Moody PC, Raven EL (abril de 2003). "Estructura cristalina del complejo ascorbato peroxidasa-ascorbato". Nature Structural Biology . 10 (4): 303–7. doi :10.1038/nsb913. PMID  12640445. S2CID  32035409.
  13. ^ Macdonald IK, Badyal SK, Ghamsari L, Moody PC, Raven EL (junio de 2006). "Interacción de la ascorbato peroxidasa con sustratos: un análisis mecanístico y estructural". Bioquímica . 45 (25): 7808–17. doi :10.1021/bi0606849. PMID  16784232.
  14. ^ Gumiero A, Murphy EJ, Metcalfe CL, Moody PC, Raven EL (agosto de 2010). "Análisis de las interacciones de unión del sustrato en las enzimas hemoperoxidasas: una perspectiva estructural". Archivos de bioquímica y biofísica . 500 (1): 13–20. doi :10.1016/j.abb.2010.02.015. PMID  20206594.
  15. ^ Martell JD, Deerinck TJ, Sancak Y, Poulos TL, Mootha VK, Sosinsky GE, et al. (noviembre de 2012). "Peroxidasa de ascorbato modificada genéticamente como un reportero codificado genéticamente para microscopía electrónica". Nature Biotechnology . 30 (11): 1143–8. doi :10.1038/nbt.2375. PMC 3699407 . PMID  23086203. 
  16. ^ Lam SS, Martell JD, Kamer KJ, Deerinck TJ, Ellisman MH, Mootha VK, Ting AY (enero de 2015). "Evolución dirigida de APEX2 para microscopía electrónica y etiquetado de proximidad". Nature Methods . 12 (1): 51–4. doi :10.1038/nmeth.3179. PMC 4296904 . PMID  25419960. 

Lectura adicional

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