La aconitasa (aconitato hidratasa; EC 4.2.1.3) es una enzima que cataliza la isomerización estereoespecífica de citrato a isocitrato a través de cis - aconitato en el ciclo del ácido tricarboxílico , un proceso no activo redox . [3] [4] [5]
La aconitasa, que se muestra en las estructuras del margen derecho de esta página, tiene dos estructuras ligeramente diferentes, dependiendo de si está activada o inactivada. [6] [7] En la forma inactiva, su estructura se divide en cuatro dominios. [6] Contando desde el extremo N , solo los primeros tres de estos dominios están involucrados en interacciones cercanas con el grupo [3Fe-4S], pero el sitio activo consta de residuos de los cuatro dominios, incluido el dominio C-terminal más grande. . [6] El grupo Fe-S y un SO2-4
El anión también reside en el sitio activo. [6] Cuando la enzima se activa, gana un átomo de hierro adicional, creando un grupo [4Fe-4S]. [7] [8] Sin embargo, la estructura del resto de la enzima casi no cambia; los átomos conservados entre las dos formas están esencialmente en las mismas posiciones, hasta una diferencia de 0,1 angstroms. [7]
A diferencia de la mayoría de las proteínas hierro-azufre que funcionan como transportadores de electrones, el grupo hierro-azufre de la aconitasa reacciona directamente con un sustrato enzimático. La aconitasa tiene un grupo activo de [Fe 4 S 4 ] 2+ , que puede convertirse en una forma inactiva de [Fe 3 S 4 ] + . Se ha demostrado que tres residuos de cisteína (Cys) son ligandos del centro [Fe 4 S 4 ]. En estado activo, el ión de hierro lábil del grupo [Fe 4 S 4 ] no está coordinado por Cys sino por moléculas de agua.
La proteína de unión a elementos sensible al hierro (IRE-BP) y la 3-isopropilmalato deshidratasa (α-isopropilmalato isomerasa; EC 4.2.1.33), una enzima que cataliza el segundo paso en la biosíntesis de leucina , son homólogos de aconitasa conocidos. Los elementos reguladores de hierro (IRE) constituyen una familia de estructuras de bucle de tallo no codificantes de 28 nucleótidos que regulan el almacenamiento de hierro, la síntesis de hemo y la absorción de hierro. También participan en la unión de ribosomas y controlan el recambio (degradación) del ARNm . La proteína reguladora específica, IRE-BP, se une a las IRE en las regiones 5' y 3', pero sólo al ARN en forma apo, sin el grupo Fe-S. La expresión de IRE-BP en células cultivadas ha revelado que la proteína funciona como una aconitasa activa, cuando las células están repletas de hierro, o como una proteína activa de unión a ARN, cuando las células están agotadas en hierro. Las IRE-BP mutantes, en las que cualquiera o todos los tres residuos Cys implicados en la formación de Fe-S son reemplazados por serina , no tienen actividad aconitasa, pero conservan propiedades de unión a ARN.
La aconitasa es inhibida por el fluoroacetato , por lo que el fluoroacetato es venenoso. El fluoroacetato, en el ciclo del ácido cítrico, se convierte en fluorocitrato mediante la citrato sintasa. El fluorocitrato inhibe competitivamente la aconitasa deteniendo el ciclo del ácido cítrico. [9] El grupo de hierro y azufre es muy sensible a la oxidación por superóxido . [10]
La aconitasa emplea un mecanismo de deshidratación-hidratación. [11] Los residuos catalíticos involucrados son His-101 y Ser-642. [11] His-101 protona el grupo hidroxilo en C3 del citrato, lo que le permite salir como agua, y Ser-642 simultáneamente extrae el protón en C2, creando un doble enlace entre C2 y C3, y formando el llamado cis - intermediario acónitato (los dos grupos carboxilo en el doble enlace son cis ). [11] [14] El átomo de carbono del que se elimina el hidrógeno es el que proviene del oxalacetato en el paso anterior del ciclo del ácido cítrico, no el que proviene del acetil CoA , aunque estos dos carbonos son equivalentes excepto que uno es " pro -R" y el otro " pro -S" (ver Proquiralidad ). [15] : 393 En este punto, el intermedio se gira 180°. [11] Esta rotación se conoce como "voltear". [12] Debido a este cambio, se dice que el intermedio pasa de un "modo citrato" a un "modo isocitrato". [dieciséis]
Cómo ocurre exactamente este cambio es discutible. Una teoría es que, en el paso limitante de la velocidad del mecanismo, el cis -aconitato se libera de la enzima y luego se vuelve a unir en el modo isocitrato para completar la reacción. [16] Este paso limitante de la velocidad garantiza que se forme la estereoquímica correcta, específicamente (2R,3S), en el producto final. [16] [17] Otra hipótesis es que el cis -aconitato permanece unido a la enzima mientras cambia del modo citrato al modo isocitrato. [11]
En cualquier caso, invertir el cis -aconitato permite que las etapas de deshidratación e hidratación se produzcan en caras opuestas del intermedio. [11] La aconitasa cataliza la eliminación/adición trans de agua, y el flip garantiza que se forme la estereoquímica correcta en el producto. [11] [12] Para completar la reacción, los residuos de serina e histidina invierten sus acciones catalíticas originales: la histidina, ahora básica, extrae un protón del agua, preparándolo como nucleófilo para atacar en C2, y la serina protonada se desprotona. por el doble enlace cis -aconitato para completar la hidratación, produciendo isocitrato. [11]
Las aconitasas se expresan en bacterias para los humanos. Los humanos expresan las siguientes dos isozimas de aconitasa :
Haga clic en genes, proteínas y metabolitos a continuación para vincular a los artículos respectivos. [§ 1]
