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Sintetasa de triptófano

La triptófano sintasa o triptófano sintetasa es una enzima ( EC 4.2.1.20) que cataliza los dos pasos finales en la biosíntesis del triptófano . [1] [2] Se encuentra comúnmente en Eubacteria , [3] Archaebacteria , [4] Protista , [5] Fungi , [6] y Plantae . [7] Sin embargo, está ausente en Animalia . [8] Se encuentra típicamente como un tetrámero α2β2. [9] [10] Las subunidades α catalizan la formación reversible de indol y gliceraldehído-3-fosfato (G3P) a partir de indol-3-glicerol fosfato (IGP). Las subunidades β catalizan la condensación irreversible de indol y serina para formar triptófano en una reacción dependiente de fosfato de piridoxal (PLP). Cada sitio activo α está conectado a un sitio activo β mediante un canal hidrofóbico de 25 Ångstroms de longitud contenido dentro de la enzima. Esto facilita la difusión del indol formado en los sitios activos α directamente a los sitios activos β en un proceso conocido como canalización del sustrato . [11] Los sitios activos de la triptófano sintasa están acoplados alostéricamente . [12]

Estructura de la enzima

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Sitios activos para las subunidades α y β que muestran residuos catalíticos hipotéticos

Subunidades

La triptófano sintasa existe típicamente como un complejo α-ββ-α. Las subunidades α y β tienen masas moleculares de 27 y 43 kDa respectivamente. La subunidad α tiene una conformación de barril TIM . La subunidad β tiene una conformación de pliegue tipo II y un sitio de unión adyacente al sitio activo para cationes monovalentes. [13] Su ensamblaje en un complejo conduce a cambios estructurales en ambas subunidades que resultan en una activación recíproca. Hay dos mecanismos principales para la comunicación entre subunidades. Primero, el dominio COMM de la subunidad β y el α-loop2 de la subunidad α interactúan. Además, hay interacciones entre los residuos αGly181 y βSer178. [14] Los sitios activos están regulados alostéricamente y experimentan transiciones entre estados abiertos, inactivos, y cerrados, activos. [12]

Canal hidrofóbico

Los sitios activos α y β están separados por un canal hidrofóbico de 25 Ångstroms de longitud contenido dentro de la enzima que permite la difusión del indol. Si el canal no existiera, el indol formado en un sitio activo α se difundiría rápidamente y se perdería en la célula, ya que es hidrofóbico y puede atravesar membranas fácilmente. Como tal, el canal es esencial para el funcionamiento del complejo enzimático. [15]

Mecanismo enzimático

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Mecanismo propuesto de la triptófano sintasa

La reacción neta de la triptófano sintasa convierte el fosfato de indol-3-glicerol y la serina en gliceraldehído-3-fosfato, triptófano y agua. La reacción se produce en dos pasos, cada uno de ellos catalizado por una de las subunidades:

Reacción catalizada por la triptófano sintasa

reacción de la subunidad α

La subunidad α cataliza la formación de indol y G3P a partir de una escisión retroaldólica de IGP. Se cree que αGlu49 y αAsp60 están directamente involucrados en la catálisis, como se muestra. [11] El paso limitante de la velocidad es la isomerización de IGP. [16] Véase la imagen 2.

Reacción de la subunidad β

La subunidad β cataliza la reacción de reemplazo β en la que el indol y la serina se condensan para formar triptófano en una reacción dependiente de PLP. Se cree que βLys87, βGlu109 y βSer377 están directamente involucradas en la catálisis, como se muestra. [11] Nuevamente, el mecanismo exacto no se ha determinado de manera concluyente. Ver imagen 2.

Función biológica

La triptófano sintasa se encuentra comúnmente en Eubacteria, Archaebacteria, Protista, Fungi y Plantae. No se encuentra en animales como los humanos. El triptófano es uno de los veinte aminoácidos estándar y uno de los nueve aminoácidos esenciales para los humanos. Como tal, el triptófano es un componente necesario de la dieta humana.

Alcance del sustrato

También se sabe que la triptófano sintetasa acepta análogos de indol, por ejemplo, indoles fluorados o metilados, como sustratos, generando los análogos de triptófano correspondientes. [17]

Relevancia de la enfermedad

Como los humanos no tienen triptófano sintasa, esta enzima se ha explorado como un objetivo potencial de fármacos . [18] Sin embargo, se cree que las bacterias tienen mecanismos alternativos para producir aminoácidos que podrían hacer que este enfoque sea menos efectivo. En cualquier caso, incluso si el fármaco solo debilita a las bacterias, aún podría ser útil ya que las bacterias ya son vulnerables en el entorno hostil del huésped. Como tal, la inhibición de la triptófano sintasa junto con otras enzimas PLP en el metabolismo de los aminoácidos tiene el potencial de ayudar a resolver problemas médicos. [19]

Se ha sugerido la inhibición de la triptófano sintasa y otras enzimas PLP en el metabolismo de los aminoácidos para:

Evolución

Se cree que en etapas tempranas de la evolución el gen trpB2 se duplicó. Una copia entró en el operón trp como trpB2i, lo que permitió su expresión con trpA. TrpB2i formó complejos transitorios con TrpA y en el proceso activó a TrpA unidireccionalmente. La otra copia permaneció fuera como trpB2o y cumplió una función existente o desempeñó una nueva, como actuar como proteína de rescate para el indol. TrpB2i evolucionó a TrpB1, que formó complejos permanentes con trpA, lo que resultó en una activación bidireccional. La ventaja de la proteína de rescate del indol disminuyó y el gen TrpB se perdió. Finalmente, los genes TrpB1 y TrpA se fusionaron, lo que resultó en la formación de la enzima bifuncional. [22]

Importancia histórica

La triptófano sintasa fue la primera enzima identificada que tenía dos capacidades catalíticas que se estudiaron ampliamente. También fue la primera que se identificó que utilizaba la canalización del sustrato. Como tal, esta enzima ha sido estudiada ampliamente y es objeto de gran interés. [11]

Véase también

Referencias

  1. ^ Dunn MF, Niks D, Ngo H, Barends TR, Schlichting I (junio de 2008). "Triptófano sintasa: el funcionamiento de una nanomáquina canalizadora". Tendencias en ciencias bioquímicas . 33 (6): 254–64. doi :10.1016/j.tibs.2008.04.008. PMID  18486479.
  2. ^ Miles EW (1991). "Base estructural de la catálisis por triptófano sintasa". Avances en enzimología y áreas relacionadas de la biología molecular . Avances en enzimología y áreas relacionadas de la biología molecular. Vol. 64. págs. 93–172. doi :10.1002/9780470123102.ch3. ISBN 9780470123102. Número de identificación personal  2053470.
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