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Molibdopterina

Cuatro pasos de la ruta biosintética del cofactor de molibdeno (Moco) que ocurren en bacterias y humanos: (i) ciclización mediada por radicales de guanosina 5'-trifosfato (GTP) a (8S)-3,8-ciclo-7,8-dihidroguanosina-5́-trifosfato (3,8-cH2GTP), (ii) formación de piranopterina monofosfato cíclica (cPMP) a partir de 3,8-cH2GTP, (iii) conversión de cPMP en molibdopterina (MPT), (iv) inserción de molibdato en MPT para formar Moco (enzimas humanas entre paréntesis).

Las molibdopterinas son una clase de cofactores que se encuentran en la mayoría de las enzimas que contienen molibdeno y en todas las que contienen tungsteno . Los sinónimos de molibdopterina son: MPT y piranopterina-ditiolato. La nomenclatura de esta biomolécula puede ser confusa: la molibdopterina en sí no contiene molibdeno; más bien, este es el nombre del ligando (una pterina ) que se unirá al metal activo. Después de que la molibdopterina finalmente se compleja con el molibdeno, el ligando completo generalmente se llama cofactor de molibdeno .

La molibdopterina está formada por una piranopterina, un heterociclo complejo que contiene un pirano fusionado a un anillo de pterina . Además, el anillo de pirano contiene dos tiolatos , que actúan como ligandos en las molibdo- y tungstoenzimas. En algunos casos, el grupo alquilfosfato se sustituye por un nucleótido alquildifosfato . Las enzimas que contienen el cofactor molibdopterina incluyen la xantina oxidasa , la DMSO reductasa , la sulfito oxidasa y la nitrato reductasa .

Las únicas enzimas que contienen molibdeno y que no contienen molibdopterinas son las nitrogenasas (enzimas que fijan el nitrógeno). Éstas contienen un centro de hierro y azufre de un tipo muy diferente, que también contiene molibdeno. [5]

Biosíntesis

A diferencia de muchos otros cofactores, el cofactor molibdeno (Moco) no puede ser absorbido como nutriente. Por lo tanto, el cofactor requiere una biosíntesis de novo . La biosíntesis del cofactor molibdeno ocurre en cuatro pasos: (i) la ciclización mediada por radicales del nucleótido, guanosina trifosfato (GTP), a (8S)-3',8-ciclo-7,8-dihidroguanosina 5'-trifosfato ( 3',8-cH 2 GTP ), (ii) la formación de piranopterina monofosfato cíclica (cPMP) a partir de 3',8-cH 2 GTP , (iii) la conversión de cPMP en molibdopterina (MPT), (iv) la inserción de molibdato en MPT para formar Moco. [6] [7]

Dos reacciones mediadas por enzimas convierten el trifosfato de guanosina en el fosfato cíclico de piranopterina. Una de estas enzimas es un radical SAM , una familia de enzimas a menudo asociadas con reacciones de formación de enlaces C—X (X = S, N). [8] [7] [6] Esta piranopterina intermediaria se convierte luego en molibdopterina mediante la acción de otras tres enzimas. En esta conversión, se forma el eneditiolato, aunque los sustituyentes en el azufre siguen siendo desconocidos. El azufre se transporta desde el persulfuro de cisteinilo de una manera que recuerda a la biosíntesis de las proteínas de hierro-azufre . El monofosfato se adenila (se acopla a ADP) en un paso que activa el cofactor hacia la unión de Mo o W. Estos metales se importan como sus oxianiones, molibdato y tungstato .

En algunas enzimas, como la xantina oxidasa , el metal está unido a una molibdopterina, mientras que, en otras enzimas, por ejemplo, la DMSO reductasa , el metal está unido a dos cofactores de molibdopterina. [9]

Los modelos para los sitios activos de las enzimas que contienen molibdopterina se basan en una clase de ligandos conocidos como ditiolenos . [10]

Derivados del tungsteno

Algunas oxidorreductasas bacterianas utilizan el tungsteno de manera similar al molibdeno, utilizándolo en un complejo tungsteno- pterina con molibdopterina. Por lo tanto, la molibdopterina puede formar complejos con molibdeno o tungsteno. Las enzimas que utilizan tungsteno suelen reducir los ácidos carboxílicos libres a aldehídos. [11]

La primera enzima que requiere tungsteno que se descubrió también requiere selenio (aunque se desconoce la forma precisa). En este caso, se ha especulado que el par tungsteno-selenio funciona de manera análoga al emparejamiento molibdeno-azufre de algunas enzimas que requieren cofactores de molibdeno. [12] Aunque se ha descubierto que una xantina deshidrogenasa que contiene tungsteno de bacterias contiene tungsteno-molibdopterina y también selenio no unido a proteínas (eliminando así la posibilidad de que el selenio esté en forma de selenocisteína o selenometionina ), no se ha descrito definitivamente un complejo tungsteno-selenio-molibdopterina. [13]

Enzimas que utilizan molibdopterina

A continuación se detallan las enzimas que utilizan molibdopterina como cofactor o grupo prostético . [5] La molibdopterina es:

Véase también

Referencias

  1. ^ "HPEUEJRPDGMIMY-UHFFFAOYSA-N". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 4 de febrero de 2019 . Nombre IUPAC [2-amino-4-oxo-6,7-bis(sulfanil)-3,5,5~{a},8,9~{a},10-hexahidropirano[3,2-g]pteridin-8-il]metil dihidrógeno fosfato
  2. ^ "HPEUEJRPDGMIMY-UHFFFAOYSA-N". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 4 de febrero de 2019 . InChI InChI=1S/C10H14N5O6PS2/c11-10-14-7-4(8(16)15-10)12-3-6(24)5(23)2(21-9(3)13-7)1-20-22(17,18)19/h2-3,9,12,23-24H,1H2,(H2,17,18,19)(H4,11,13,14,15,16)
  3. ^ "Dihidrógenofosfato de [2-amino-4-oxo-6,7-bis(sulfanil)-3,5,5a,8,9a,10-hexahidropirano[3,2-g]pteridin-8-il]metilo". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 4 de febrero de 2019. InChI=1S/C10H14N5O6PS2/c11-10-14-7-4(8(16)15-10)12-3-6(24)5(23)2(21-9(3)13-7)1-20-22(17,18)19/h2-3,9,12,23-24H,1H2,(H2,17,18,19)(H4,11,13,14,15,16)
  4. ^ "HPEUEJRPDGMIMY-UHFFFAOYSA-N". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 4 de febrero de 2019 . Clave InChi HPEUEJRPDGMIMY-UHFFFAOYSA-N
  5. ^ ab Estructura, síntesis y fórmula empírica del disulfhidrilo. Archivado el 4 de junio de 2016 en Wayback Machine. Consultado el 16 de noviembre de 2009.
  6. ^ ab Hover BM, Tonthat NK, Schumacher MA, Yokoyama K (mayo de 2015). "Mecanismo de formación del anillo de piranopterina en la biosíntesis del cofactor de molibdeno". Proc Natl Acad Sci USA . 112 (20): 6347–52. Bibcode :2015PNAS..112.6347H. doi : 10.1073/pnas.1500697112 . PMC 4443348 . PMID  25941396. 
  7. ^ ab Hover BM, Loksztejn A, Ribeiro AA, Yokoyama K (abril de 2013). "Identificación de un nucleótido cíclico como intermediario críptico en la biosíntesis del cofactor de molibdeno". J Am Chem Soc . 135 (18): 7019–32. doi :10.1021/ja401781t. PMC 3777439 . PMID  23627491. 
  8. ^ Mendel, RR; Leimkuehler, S. (2015). "La biosíntesis de los cofactores del molibdeno". J. Biol. Inorg. Chem . 20 (2): 337–347. doi :10.1007/s00775-014-1173-y. PMID  24980677. S2CID  2638550.
  9. ^ Schwarz, G. y Mendel, RR (2006). "Biosíntesis del cofactor de molibdeno y enzimas de molibdeno". Revisión anual de biología vegetal . 57 : 623–647. doi :10.1146/annurev.arplant.57.032905.105437. PMID  16669776.
  10. ^ Kisker, C.; Schindelin, H.; Baas, D.; Rétey, J.; Meckenstock, RU; Kroneck, PMH (1999). "Una comparación estructural de enzimas que contienen cofactor de molibdeno". FEMS Microbiol. Rev. 22 ( 5): 503–521. doi : 10.1111/j.1574-6976.1998.tb00384.x . PMID  9990727.
  11. ^ Lassner, Erik (1999). Tungsteno: propiedades, química, tecnología del elemento, aleaciones y compuestos químicos. Springer. pp. 409–411. ISBN 978-0-306-45053-2.
  12. ^ Stiefel, EI (1998). "Química del azufre de metales de transición y su relevancia para las enzimas de molibdeno y tungsteno" (PDF) . Pure Appl. Chem . 70 (4): 889–896. doi :10.1351/pac199870040889. S2CID  98647064.
  13. ^ Schräder T, Rienhöfer A, Andreesen JR (septiembre de 1999). "Xantina deshidrogenasa que contiene selenio de Eubacterium barkeri". Eur. J. Biochem . 264 (3): 862–71. doi : 10.1046/j.1432-1327.1999.00678.x . PMID  10491134.