Las proteínas dirigentes son miembros de una clase de proteínas que dictan la estereoquímica de un compuesto sintetizado por otras enzimas. [1] La primera proteína dirigente se descubrió en Forsythia intermedia . Se ha descubierto que esta proteína dirige la biosíntesis estereoselectiva de (+)-pinoresinol a partir de monómeros de alcohol coniferílico: [2]
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La biosíntesis de lignanos está catalizada por enzimas oxidativas . [3] En el tubo de ensayo, la reacción da como resultado una mezcla heterogénea de compuestos diméricos. [4] Cuando una proteína dirigente está presente durante la reacción, un estereoisómero de un compuesto se enriquece en gran medida. Las proteínas dirigentes parecen no poseer actividad formadora de radicales oxidativos propia; en ausencia de enzima oxidativa, no se producirá ninguna reacción. [5]
Recientemente, se identificó una segunda proteína dirigente enantiocomplementaria en Arabidopsis thaliana , que dirige la síntesis enantioselectiva de (-)- pinoresinol . [6]
En la biosíntesis de lignanos , las enzimas oxidativas realizan una transferencia de electrones acoplada a protones para eliminar un átomo de hidrógeno de los monolignol , formando un intermediario radical. Estos intermediarios luego se acoplan en una reacción de terminación radical para formar uno de una variedad de dímeros, conocidos como lignanos . [7] Las reacciones in vitro del alcohol coniferílico (un monolignol común ) en presencia de enzimas oxidativas producen una amplia variedad de dímeros diferentes en concentraciones variables. [8] Cuando está presente la proteína dirigente de " Forsythia intermedia ", la producción de (+)- pinoresinol se enriquece en gran medida y otros productos son mucho menos abundantes. Debido a que este enriquecimiento es tan pronunciado, se plantea la hipótesis de que la enzima produce (+)- pinoresinol exclusivamente y compite con la reacción de acoplamiento no mediada por proteínas, que produce una mezcla heteróloga de productos. [9] Esto se ha confirmado analizando las diversas mezclas producidas con diferentes concentraciones de proteínas dirigentes presentes. El mecanismo por el cual se logra esta estereoselectividad no se comprende bien en este momento. Sin embargo, dado que no se produce ninguna reacción en ausencia de enzimas oxidativas, la proteína dirigente no parece catalizar por sí misma la oxidación del alcohol coniferílico para formar radicales.
La actividad de la proteína dirigente de Forsythia intermedia es específica del alcohol coniferílico. [10] Cuando otros monolignoles, como el alcohol p-cumarílico y el alcohol sinapílico , reaccionan in vitro con enzimas oxidativas en presencia de proteína dirigente, producen una mezcla heteróloga de productos indistinguibles de experimentos idénticos en ausencia de proteína dirigente.
Los experimentos de dicroísmo circular han demostrado que la estructura secundaria de la proteína dirigente de Forsythia intermedia está compuesta principalmente por láminas plegadas en β y estructuras de bucle. La estructura terciaria no se ha resuelto, pero se ha confirmado que la proteína es dimérica. Cada dímero tiene un único sitio de unión para el alcohol coniferílico, para un total de dos sitios de unión. [11] Un alcohol coniferílico puede unirse a cada sitio, de modo que la geometría de reacción entre los dos está limitada, lo que aumenta la producción de (+)-pinoresinol e inhibe la producción de otros productos.
En ausencia de proteína dirigente, el pinoresinol es un producto relativamente menor de la biosíntesis de lignas. Cuando está presente la proteína dirigente, se convierte en el producto principal. La importancia biológica del (+)-pinoresinol en las plantas no se entiende completamente, pero se ha descubierto que es eficaz como elemento disuasorio de la alimentación contra las hormigas en las orugas de la mariposa de la col , que obtienen el compuesto de su dieta. [12] Puede cumplir una función defensiva similar en Forsythia intermedia . [13]