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Procolágeno-prolina dioxigenasa

La procolágeno-prolina dioxigenasa , comúnmente conocida como prolil hidroxilasa , es un miembro de la clase de enzimas conocidas como hidroxilasas dependientes de alfa-cetoglutarato . Estas enzimas catalizan la incorporación de oxígeno a sustratos orgánicos a través de un mecanismo que requiere ácido alfa-cetoglutárico , Fe2 + y ascorbato . [1] [2] Esta enzima en particular cataliza la formación de (2 S , 4 R )-4-hidroxiprolina , un compuesto que representa la modificación postraduccional más prevalente en el proteoma humano . [3]

Mecanismo enzimático

La procolágeno-prolina dioxigenasa cataliza la siguiente reacción:

L-prolina + ácido alfa-cetoglutárico + O 2 → (2 S , 4 R )-4-hidroxiprolina + succinato + CO 2

El mecanismo de reacción es similar al de otras dioxigenasas y se produce en dos etapas distintas: [3] En la primera, se produce una especie altamente reactiva Fe(IV)=O . El oxígeno molecular se une por el extremo en una posición axial, produciendo una unidad de dioxígeno. El ataque nucleofílico sobre C2 genera un intermedio tetraédrico, con pérdida del doble enlace en la unidad de dioxígeno y enlaces al hierro y al carbono alfa del 2-oxoglutarato. La eliminación posterior de CO2 coincide con la formación de la especie Fe(IV)=O. La segunda etapa implica la abstracción del átomo de hidrógeno pro - R del C-4 del sustrato de prolina seguida de una combinación de radicales , que produce hidroxiprolina. [4]

Como consecuencia del mecanismo de reacción, una molécula de 2-oxoglutarato se descarboxila , formando succinato. Este succinato se hidroliza y se reemplaza con otro 2-oxoglutarato después de cada reacción, y se ha concluido que en presencia de 2-oxoglutarato, el Fe 2+ unido a la enzima se convierte rápidamente en Fe 3+ , lo que lleva a la inactivación de la enzima. [5] El ascorbato se utiliza como cofactor para reducir el Fe 3+ de nuevo a Fe 2+ . [6]

Estructura de la enzima

Una vista más cercana del dominio de unión del sustrato de la prolil hidroxilasa. Los residuos de tirosina, que forman el surco de unión, se muestran en amarillo.

La prolil hidroxilasa es un tetrámero con dos subunidades únicas. [7] La ​​subunidad α tiene 59 kDa y es responsable tanto de la unión del péptido como de la actividad catalítica. [8] El dominio de unión del péptido abarca los residuos 140-215 de la subunidad α, [9] y consiste en una superficie cóncava revestida con múltiples residuos de tirosina que interactúan favorablemente con el sustrato rico en prolina. El sitio activo consiste en Fe2 + unido a dos residuos de histidina y un residuo de aspartato , una característica compartida por la mayoría de las dioxigenasas dependientes de 2-oxoglutarato. La subunidad β de 55 kDa es responsable de la localización de la enzima y su retención en el retículo endoplásmico . [10] Esta subunidad es idéntica a la enzima conocida como proteína disulfuro isomerasa . [11]

Función biológica

La prolil hidroxilasa cataliza la formación de hidroxiprolina. La modificación tiene un impacto significativo en la estabilidad del colágeno , el principal tejido conectivo del cuerpo humano. [12] Específicamente, la hidroxilación aumenta la temperatura de fusión (Tm ) del colágeno helicoidal en 16 °C, en comparación con el colágeno no hidroxilado, [13] una diferencia que permite que la proteína sea estable a la temperatura corporal. Debido a la abundancia de colágeno (alrededor de un tercio de la proteína total) en humanos, y la alta incidencia de esta modificación en el colágeno, la hidroxiprolina es cuantitativamente la modificación postraduccional más abundante en humanos. [14]

La enzima actúa específicamente sobre la prolina contenida en el motivo X-Pro-Gly, donde Pro es prolina. Debido a este comportamiento específico del motivo, la enzima también actúa sobre otras proteínas que contienen esta misma secuencia. Dichas proteínas incluyen C1q , [15] elastinas , [16] PrP , [17] Argonaute 2 , [18] y conotoxinas , [19] entre otras.

Relevancia de la enfermedad

Como la prolil hidroxilasa requiere ascorbato como cofactor para funcionar, [5] su ausencia compromete la actividad de la enzima. La disminución resultante de la hidroxilación conduce a la enfermedad conocida como escorbuto . Dado que la estabilidad del colágeno se ve comprometida en los pacientes con escorbuto, los síntomas incluyen debilitamiento de los vasos sanguíneos que causa púrpura , petequias y sangrado gingival.

El factor inducible por hipoxia (HIF) es un factor de transcripción conservado evolutivamente [20] que permite que la célula responda fisiológicamente a las disminuciones de oxígeno. [21] Se ha identificado una clase de prolil hidroxilasas que actúan específicamente sobre HIF; [22] la hidroxilación de HIF permite que la proteína sea el objetivo de la degradación. [22] La prolil hidroxilasa de HIF ha sido el objetivo de una variedad de inhibidores que tienen como objetivo tratar el accidente cerebrovascular , [23] la enfermedad renal, [24] la isquemia , [25] la anemia , [26] y otras enfermedades importantes.

Nombres alternativos

Referencias

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