En enzimología , una peroxidasa de manganeso ( EC 1.11.1.13) es una enzima que cataliza la reacción química
Los 3 sustratos de esta enzima son Mn(II), H + y H 2 O 2 , mientras que sus dos productos son Mn(III) y H 2 O .
Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , en concreto a aquellas que actúan sobre un peróxido como aceptor (peroxidasas). El nombre sistemático de esta clase de enzimas es Mn(II):oxidorreductasa de peróxido de hidrógeno . Otros nombres de uso común son peroxidasa-M2 y peroxidasa dependiente de Mn (oxidante de NADH) . Emplea un cofactor , el hemo . Esta enzima necesita Ca 2+ para su actividad.
Los hongos de podredumbre blanca secretan esta enzima para ayudar a la degradación de la lignina .
La peroxidasa de manganeso (comúnmente conocida como MnP) fue descubierta en 1985 simultáneamente por los grupos de investigación de Michael H. Gold [1] y Ronald Crawford [2] en el hongo Phanerochaete chrysosporium . La proteína fue secuenciada genéticamente en P. chrysoporium en 1989. [3] Se cree que la enzima es exclusiva de Basidiomycota , ya que aún no se ha encontrado ninguna especie de bacteria , levadura o moho que la produzca de forma natural.
La catálisis de MnP ocurre en una serie de reacciones irreversibles de oxidación-reducción ( redox ) que siguen un mecanismo de ping-pong con cinética de segundo orden . [4] En el primer paso del ciclo catalítico, H 2 O 2 , o un peróxido orgánico , ingresa al sitio activo de MnP. Allí, el oxígeno en H 2 O 2 se une a un ion Fe (III) en el cofactor hemo para formar un complejo de peróxido de hierro. Se transfieren dos electrones de Fe 3+ al peróxido, rompiendo el enlace oxígeno-peróxido para formar H 2 O y un complejo radical oxo-porfirina Fe (IV) . Este intermedio oxidado se conoce como MnP Compuesto I. MnP Compuesto I luego se une a un ion Mn (II) monoquelado , que dona un electrón para extinguir el radical y formar Mn (III) y MnP Compuesto II, un complejo oxo-porfirina Fe (IV). El compuesto MnP II oxida otro ion Mn(II) a Mn(III) y se reduce mediante la reacción de dos iones H+ y el oxígeno unido al hierro. Esto reforma el ion Fe(III) en el hemo y libera una segunda molécula de agua. [5] Existen muchas desviaciones de este ciclo catalítico tradicional. El compuesto MnP I se puede utilizar para oxidar Mn(II) libre, ferrocianuro , así como fenólicos y otros compuestos aromáticos . [6]
El Mn(III) es inestable en medios acuosos , por lo tanto, el MnP lo libera como un quelato de ácido carboxílico Mn(III) . Hay una variedad de quelantes de ácido carboxílico, incluidos oxalato , malonato , tartrato y lactato , sin embargo, el oxalato es el más común. La estructura de la peroxidasa favorece a los quelatos de Mn(III) sobre los iones Mn(III) libres. El quelato de Mn(III) interactúa con el sitio activo para facilitar la liberación del producto de la enzima. [7] El quelante puede tener un efecto sobre la velocidad cinética e incluso sobre la reacción catalizada. Si el sustrato Mn(II) está quelado con lactato, el MnP en cambio cataliza la evolución de O 2 . Sin embargo, esta reacción secundaria tiene poco impacto en la actividad enzimática porque sigue una cinética de tercer orden más lenta. [4]
A finales de 2007, se han resuelto 6 estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1MN1, 1MN2, 1YYD, 1YYG, 1YZP y 1YZR.
Aunque la MnP, al igual que otras peroxidasas de lignina , es una peroxidasa de clase II , tiene una estructura terciaria similar a las peroxidasas de clase I procariotas , pero contiene puentes disulfuro como las peroxidasas de clase III en las plantas. [8] La MnP tiene una estructura globular que contiene 11-12 hélices α, dependiendo de la especie en la que se produce. Está estabilizada por 10 residuos de aminoácidos de cistina que forman 5 puentes disulfuro, uno de los cuales está cerca del área C-terminal . El sitio activo contiene un cofactor hemo que está unido por dos iones Ca 2+ , uno por encima y otro por debajo del hemo. Cerca del propionato de hemo interno hay tres residuos ácidos que se utilizan para estabilizar Mn (II) o Mn (III) cuando está unido a la enzima. Los residuos específicos varían entre especies, pero su número y ubicación relativa en la proteína plegada se conserva. Hay un total de 357 residuos de aminoácidos en el MnP de P. chrysosoporium , y un número similar en las enzimas producidas por otros basidiomicetos. [9]
La función principal de los iones Mn(III) producidos por MnP es la oxidación y degradación de la lignina. [10] Para este propósito, los basidiomicetos secretan MnP, en lugar de Mn(III), y la enzima funciona fuera de la célula fúngica. Los iones Mn(III) de MnP pueden oxidar los compuestos fenólicos en la lignina directamente, pero también pueden oxidar algunos compuestos orgánicos de azufre y ácidos grasos insaturados . Esta oxidación forma radicales tiilo y peroxilo, que en presencia de O 2 , pueden oxidar la lignina o reaccionar con agua para formar H 2 O 2 . [11] [12] El propio ion Mn 3+ puede degradar la lignina al catalizar las escisiones alquil - arilo y la oxidación del carbono α en fenoles. [13]
La actividad de MnP se controla mediante la regulación transcripcional . La MnP se regula positivamente mediante el aumento de las concentraciones extracelulares de Mn(II) [14] y H 2 O 2 . Se ha descubierto que el aumento de la concentración de O 2 y el estrés térmico también activan la MnP. [15]
