La función presunta de la NADH peroxidasa es inactivar el H 2 O 2 generado dentro de la célula, por ejemplo por la glicerol-3-fosfato oxidasa durante el metabolismo del glicerol o la dismutación del superóxido , antes de que el H 2 O 2 cause daños a los componentes celulares esenciales. [1]
Los tres sustratos de esta enzima son NADH , H + y H2O2 , mientras que sus dos productos son NAD + y H2O . Emplea un cofactor , FAD , sin embargo no se ha observado ningún intermediario FADH2 discreto. [ 2 ]
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 NADH: oxidorreductasa de peróxido de hidrógeno . Otros nombres de uso común incluyen DPNH peroxidasa , NAD peroxidasa , difosfopiridina nucleótido peroxidasa , NADH-peroxidasa , nicotinamida adenina dinucleótido peroxidasa y NADH2 peroxidasa .
Estructura
La estructura cristalina de la NADH peroxidasa se asemeja a la glutatión reductasa con respecto al pliegue y la ubicación de la cadena, así como a la conformación del grupo prostético FAD [3].
La His10 de la NADH peroxidasa se encuentra cerca del extremo N de la hélice R1 dentro del sitio de unión del FAD. [4] Uno de los átomos de oxígeno de Cys42-SO 3 H está unido por enlaces de hidrógeno tanto al imidazol His10 como al extremo N de Cys42. La His10 funciona en parte para estabilizar el inusual centro redox Cys42-SOH. [3] Arg303 también estabiliza el Cys42-SO 3 H. Glu-14 participa en la formación de la interfaz de dímero apretado que limita la accesibilidad del solvente, importante para mantener el estado de oxidación del ácido sulfénico. [4]
Alineación de NADH, FAD y cisteína 42 en la peroxidasa de NADH, adaptado de PDB 2NPXCuatro residuos esenciales para la funcionalidad del sitio activo en la NADH peroxidasa, adaptado de PDB 2NPX
Mecanismo de reacción
La peroxidasa NADH de Enterococcus faecalis es única porque utiliza el par redox tiol/ácido sulfénico (-SH/-SOH) Cys42 en la escisión heterolítica del enlace de peróxido para catalizar la reducción de dos electrones del peróxido de hidrógeno a agua. [5]
El mecanismo cinético de la peroxidasa de tipo salvaje implica (1) reducción de NADH de E(FAD, Cys42-SOH) a EH 2 (FAD, Cys42-SH) en un paso de preparación inicial; (2) unión rápida de NADH a EH 2 ; (3) reducción de H 2 O 2 por el Cys42-tiolato, produciendo E•NADH; y (4) transferencia de hidruro limitante de velocidad desde NADH unido, regenerando EH 2 . [6] Sin embargo, no se ha observado ningún intermediario discreto de FADH 2 y no se han dilucidado los detalles precisos de la reducción de Cys42-SOH. [7]
E + NADH → (EH 2 '•NAD + )* → EH 2 '•NAD + → EH 2 + NAD + + H 2 O
EH2 +NADH → EH2 • NADH *
EH 2 •NADH* + H 2 O 2 → E•NADH + H 2 O
E•NADH + H + → EH 2 •NAD + + H 2 O
EH 2 •NAD + → EH 2 + NAD +
Los inhibidores incluyen Ag + , Cl− , Co2 + , Cu2 + , Hg2 + , NaN3 , Pb2 + y SO42− . [ 8] En concentraciones subóptimas de H2O2 y concentraciones de NADH que son saturantes, el NADH inhibe la actividad peroxidasa de la NADH peroxidasa al convertir la enzima en un intermediario inestable. El NAD + se comporta como un activador al revertir los equilibrios que conducen al intermediario inestable, convirtiendo así la enzima en el complejo cinéticamente activo que reduce el H2O2 . [ 9 ]
Función biológica
El NADH elimina el peróxido de hidrógeno potencialmente tóxico en condiciones de crecimiento aeróbico y representa una defensa enzimática disponible contra el estrés oxidativo mediado por H 2 O 2 . En segundo lugar, la enzima presenta un mecanismo adicional para la regeneración del NAD + esencial para el metabolismo estrictamente fermentativo de este organismo. [2] [10] La enzima también puede proteger contra el H 2 O 2 exógeno y contribuir a la virulencia bacteriana . [11]
La función real de las peroxidasas y oxidasas NADH en las plantas aún no está clara, pero podrían actuar en la señalización temprana del estrés oxidativo a través de la producción de H 2 O 2 . [12]
Una función alternativa puede incluir la regulación de la formación de H 2 O 2 por la NADH peroxidasa y oxidasa en el aflojamiento y reconstrucción de la pared celular. [13]
Referencias
^ La Carbona S, Sauvageot N, Giard JC, Benachour A, Posteraro B, Auffray Y, Sanguinetti M, Hartke A (diciembre de 2007). "Estudio comparativo de las funciones fisiológicas de tres peroxidasas (NADH peroxidasa, alquil hidroperóxido reductasa y tiol peroxidasa) en la respuesta al estrés oxidativo, la supervivencia dentro de los macrófagos y la virulencia de Enterococcus faecalis". Mol. Microbiol . 66 (5): 1148–63. doi : 10.1111/j.1365-2958.2007.05987.x . PMID 17971082. S2CID 40046805.
^ ab Miller H, Poole LB, Claiborne A (junio de 1990). "Heterogeneidad entre las peroxidasas NADH que contienen flavina de los estreptococos del grupo D. Análisis de la enzima de Streptococcus faecalis ATCC 9790". J. Biol. Chem . 265 (17): 9857–63. doi : 10.1016/S0021-9258(19)38750-2 . PMID 2161844.
^ ab Stehle T, Claiborne A, Schulz GE (enero de 1993). "Sitio de unión de NADH y catálisis de la peroxidasa de NADH". Eur. J. Biochem . 211 (1–2): 221–6. doi : 10.1111/j.1432-1033.1993.tb19889.x . PMID 8425532.
^ ab Yeh JI, Claiborne A (2002). "Estructuras cristalinas de formas oxidadas y reducidas de NADH peroxidasa". Redox Cell Biology and Genetics Part B . Métodos en enzimología. Vol. 353. págs. 44–54. doi :10.1016/S0076-6879(02)53035-4. ISBN978-0-12-182256-9. Número PMID 12078517.
^ Crane EJ, Yeh JI, Luba J, Claiborne A (agosto de 2000). "Análisis de las propiedades cinéticas y redox del mutante R303M de la NADH peroxidasa: correlación con la estructura cristalina". Bioquímica . 39 (34): 10353–64. doi :10.1021/bi000553m. PMID 10956025.
^ Crane EJ, Parsonage D, Poole LB, Claiborne A (octubre de 1995). "El análisis del mecanismo cinético de la NADH peroxidasa enterocócica revela funciones catalíticas para los complejos de NADH con formas enzimáticas oxidadas y reducidas con dos electrones". Biochemistry . 34 (43): 14114–24. doi :10.1021/bi00043a016. PMID 7578008.
^ Crane EJ, Parsonage D, Claiborne A (febrero de 1996). "La histidina-10 del sitio activo de la NADH peroxidasa enterocócica no es esencial para la actividad catalítica". Biochemistry . 35 (7): 2380–7. doi :10.1021/bi952347y. PMID 8652580.
^ Dolin MI (marzo de 1957). "Las oxidasas de Streptococcus faecalis para el nucleótido difosfopiridina reducido. III. Aislamiento y propiedades de una peroxidasa de flavina para el nucleótido difosfopiridina reducido". J. Biol. Chem . 225 (1): 557–73. doi : 10.1016/S0021-9258(18)64952-X . PMID 13416259.
^ Dolin MI (septiembre de 1977). "Peroxidasa DPNH: actividades efectoras de DPN" (PDF) . Biochem. Biophys. Res. Commun . 78 (1): 393–400. doi :10.1016/0006-291X(77)91267-0. hdl : 2027.42/22844 . PMID 199166.
^ Hansson L, Häggström MH (1984). "Efectos de las condiciones de crecimiento en las actividades de la superóxido dismutasa y la NADH-oxidasa/NADH-peroxidasa en Streptococcus lactis". Microbiología actual . 10 (6): 345–351. doi :10.1007/BF01626563. S2CID 27660179.
^ Gordon J, Holman RA, McLeod JW (octubre de 1953). "Observaciones adicionales sobre la producción de peróxido de hidrógeno por bacterias anaeróbicas". J Pathol Bacteriol . 66 (2): 527–37. doi :10.1002/path.1700660224. PMID 13118459.
^ Šimonovičová M, Tamás L, Huttová J, Mistrík I (2004). "Efecto del aluminio sobre las actividades de las enzimas relacionadas con el estrés oxidativo en las raíces de cebada". Biología Plantarum . 48 (2): 261–266. doi : 10.1023/B:BIOP.0000033454.95515.8a . S2CID 34802416.
^ Chen SX, Schopfer P (marzo de 1999). "Producción de radicales hidroxilo en reacciones fisiológicas. Una nueva función de la peroxidasa". Eur. J. Biochem . 260 (3): 726–35. doi :10.1046/j.1432-1327.1999.00199.x. PMID 10103001.
