La orotato fosforribosiltransferasa ( OPRTasa ) o fosforribosiltransferasa del ácido orótico es una enzima implicada en la biosíntesis de pirimidina . Cataliza la formación de orotidina 5'-monofosfato (OMP) a partir de orotato y pirofosfato de fosforribosil . [1] En levaduras y bacterias , la orotato fosforribosiltransferasa es una enzima independiente con un gen único que codifica la proteína, mientras que en mamíferos y otros organismos multicelulares , la función catalítica la lleva a cabo un dominio de la enzima bifuncional UMP sintasa (UMPS). [2]
Como la OPRTasa es parte de una sintasa UMP compleja bifuncional en humanos, la función y estabilidad de esta enzima no está necesariamente asociada directamente con trastornos en el cuerpo humano. Sin embargo, es razonable creer que una disfunción en una de las enzimas causará una disfunción de toda la enzima. [3] Los defectos en la sintasa UMP están asociados con anemia hipocrómica. [3] En los mamíferos, esta enzima bifuncional UMPS convierte el ácido orótico en monofosfato de uridina (UMP). [4] La orotato fosforribosiltransferasa se encuentra en el dominio N-terminal de la sintasa UMP . Este proceso ocurre en múltiples pasos con la orotato fosforribosiltransferasa responsable del primer paso de agregar un anillo de ribosa al orotato . [4] En este paso, el ácido orótico se convierte en orotidilato usando PRPP ( fosforribosil pirofosfato ) como cosustrato. Esta reacción es impulsada por la hidrólisis del pirofosfato . [5] La orotidilato descarboxilasa se encuentra en el dominio C-terminal de UMPS y convierte este intermediario orotidilato en monofosfato de uridina (también conocido como uridilato o UMP) a través de la descarboxilación . [4] Estos dos pasos son rápidos e irreversibles en los mamíferos. En otros auxótrofos de pirimidina que no tienen esta enzima bifuncional, generalmente organismos menos complejos, se requieren dos enzimas separadas para llevar a cabo esta reacción. [6] Tanto el orotidilato como el uridilato son nucleótidos de pirimidina principales , ya que el uridilato es un precursor del ARN. El uridilato (UMP) se convierte luego en UDP a través de la fosforilación por la quinasa UMP y ATP y luego la quinasa de difosfato de nucleósido fosforila reversiblemente UDP a UTP . Luego, el UTP puede aminarse a través de la catálisis por la sintetasa de trifosfato de citidina para formar CTP . [5]
La reacción del ácido orótico (orotato) al orotidilato es catalizada por la orotato fosforibosiltransferasa con el cofactor PRPP , que es un cofactor comúnmente utilizado para la síntesis de nucleótidos . Transfiere grupos pirofosforilo muy favorablemente con un ΔG de -8,3 + 0,5 kcal/mol. [6] Dos interacciones principales atraen al PRPP para ayudar a la orotato fosforibosiltransferasa en esta reacción. En primer lugar, la orotato fosforibosiltransferasa tiene residuos de ácido aspártico - ácido aspártico junto a su motivo de unión a PRPP , que interactúan con los grupos hidroxilo 2-/3-ribosilo que estabilizan el movimiento del carbono-1 del grupo ribosilo unido. [6] La estabilización se produce a través de una red de enlaces de hidrógeno de estos grupos hidroxilo con pirofosfato , agua y magnesio. [6] En segundo lugar, las cadenas laterales del extremo C-terminal del motivo de unión del PRPP interactúan favorablemente con el 5-fosfato del PRPP . [6]
En B. subtilis, el PRPP se une a estos dos sitios con una K d de 33 mM. Cuando está presente el orotato , la afinidad de unión del pirofosfato aumenta cuatro veces y la reacción experimenta una cinética de explosión , con una rápida transferencia de fosforribosil y luego una liberación lenta de los productos. [7] Se cree que esta liberación lenta se debe al bucle expuesto al solvente de la orotato fosforribosiltransferasa que protege el sitio activo durante el primer paso. [7] La apertura del bucle ocurre en dos pasos con la disociación del PRPP desfavorable y lenta ya que el bucle se cierra el 85% del tiempo. [8]
Tres nucleósidos de pirimidina clave incluyen uridina , citidina y timidina , y desempeñan papeles importantes en la biosíntesis de ácidos nucleicos, así como en el metabolismo de carbohidratos y lípidos. [4] Las fosforribosiltransferasas de pirimidina, como la orotato fosforribosiltransferasa, activan sus sustratos formando estados de transición similares a S N 1 , lo que facilita la migración de la región de carbono anomérico del ribosilo a MgPP i . [9] Al igual que otras fosforribosiltransferasas de pirimidina, la orotato fosforribosiltransferasa tiene un bucle flexible que se mueve para posicionar grupos en las posiciones ideales para la catálisis . [4] También utilizan muchas moléculas de agua para mantener todo en su lugar durante la reacción. [6]
La estructura cristalina de la OPRTasa ha sido resuelta varias veces por varios grupos científicos. [1] [10] [11] [12] En bacterias, la estructura general es un dímero de dos subunidades, cada una de las cuales consta de siete hélices α y diez cadenas β, con un peso molecular de 23919,13 Da. [13] La orotato fosforribosiltransferasa tiene una parte central más un bucle flexible, que cuando está cerrado evita que entre disolvente durante la reacción. [1] En otros organismos como mamíferos, insectos y modos de limo es uno de los dominios de la UMP sintasa , siendo el otro la orotidilato descarboxilasa . [14] El N-terminal tiene un par de cadenas antiparalelas, con residuos que interactúan con el orotato unido y Lys 26 que se extiende hasta el sitio activo y forma un enlace con el bucle flexible en su forma cerrada. [6] El ácido orótico y el PRPP se estabilizan en el sitio activo principalmente por enlaces de hidrógeno con interacciones estabilizadoras de Lys 26, Phe 34 y Phe 35 al ácido orótico , así como Thr 128, Ala 129, Gly 130, Ala 132, Asp 124, Lys 26 y Lys 73 al PRPP . [14] Cuando Lys 26 está mutada, la orotato fosforribosiltransferasa a menudo exhibe una actividad y especificidad reducidas. [6]
Los defectos en la orotato fosforribosiltransferasa se han relacionado con numerosas afecciones médicas. Los defectos en el dominio orotato fosforribosiltransferasa de UMPS causan aciduria orótica en humanos, que es una enfermedad metabólica hereditaria rara que resulta de problemas con el metabolismo de la pirimidina . [15] Puede provocar anemia megaloblástica y cristaluria de ácido orótico, que se asocia con discapacidades físicas y mentales. [15] La aciduria orótica se informó por primera vez en 1959 cuando se encontró un exceso de ácido orótico en la orina de un bebé. [6] Cuando los individuos tienen una mutación que conduce a la pérdida de la actividad de la orotato fosforribosiltransferasa y, por lo tanto , la producción de UTP , el ácido orótico se acumula y puede llegar a ser tan alto como 1,5 g/día en la orina del bebé. [6] Esto se debe a que el UTP es el producto final normal en individuos sanos en la vía sintética de la pirimidina y normalmente regula la vía. [6] La acumulación de ácido orótico puede provocar precipitación en el riñón y, finalmente, insuficiencia renal. [6] De manera similar, en el ganado Holstein, la deficiencia de UMPS es causada por un trastorno autosómico que conduce a la muerte de la descendencia en el estado embrionario temprano . [16]
La orotato fosforribosiltransferasa también es la enzima principal implicada en la conversión de 5-fluorouracilo a 5-F-UMP a través de la fosforribosilación. Algunos estudios científicos han demostrado que la orotato fosforribosiltransferasa potencialmente puede desempeñar un papel en el pronóstico del cáncer. [17] Por ejemplo, un estudio encontró que la relación de la expresión génica de orotato fosforribosiltransferasa a dihidropirimidina deshidrogenasa afecta el pronóstico de pacientes con cáncer colorrectal metastásico después de la quimioterapia basada en fluropirimidina . [17] Se cree que el 5-F-UMP se convierte en un inhibidor suicida de la timidilato sintetasa y juega un papel importante en la inhibición del crecimiento tumoral. [17] [18] Cuando los pacientes con cáncer colorrectal resecable fueron tratados con 5-fluorouracilo oral, los pacientes con altos niveles de orotato fosforribosiltransferasa tuvieron resultados de supervivencia significativamente mejores. [18] De manera similar, el pronóstico potencial basado en los niveles y la actividad de la orotato fosforribosiltransferasa se ha visto implicado en el carcinoma de vejiga y el carcinoma gástrico . [19] [20]
