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Metilmalonil-CoA mutasa

La metilmalonil-CoA mutasa ( EC 5.4.99.2, MCM), mitocondrial , también conocida como metilmalonil-CoA isomerasa , es una proteína que en los humanos está codificada por el gen MUT . Esta enzima dependiente de la vitamina B 12 cataliza la isomerización de metilmalonil-CoA a succinil-CoA en humanos. Las mutaciones en el gen MUT pueden provocar varios tipos de aciduria metilmalónica . [5]

El MCM se identificó por primera vez en hígado de rata y riñón de oveja en 1955. En su forma latente, tiene una longitud de 750 aminoácidos . Al ingresar a las mitocondrias, la secuencia líder mitocondrial de 32 aminoácidos en el extremo N de la proteína se escinde, formando el monómero completamente procesado. Luego, los monómeros se asocian en homodímeros y se unen a AdoCbl (uno para cada sitio activo del monómero) para formar la forma holoenzimática activa final . [6]

Estructura

Gene

El gen MUT se encuentra en la ubicación cromosómica de 6p12.3 y consta de 13 exones , que abarcan más de 35 kb. [7]

Proteína

La enzima madura es un homodímero con el dominio de unión a CoA N-terminal y el dominio de unión a cobalamina C-terminal. [8]

Función

La metilmalonil-CoA mutasa se expresa en altas concentraciones en el riñón , en concentraciones intermedias en el corazón , los ovarios , el cerebro , los músculos y el hígado, y en bajas concentraciones en el bazo . [6] La enzima se puede encontrar en todo el sistema nervioso central (SNC). [6] MCM reside en las mitocondrias, donde una serie de sustancias, incluidos los aminoácidos de cadena ramificada isoleucina y valina , así como metionina , treonina , timina y ácidos grasos de cadena impar , se metabolizan mediante metilmalonato semialdehído (MMlSA) o propionil-CoA (Pr-CoA) a un compuesto común: metilmalonil-CoA (MMl-CoA). MCM cataliza la isomerización reversible de l-metilmalonil-CoA a succinil-CoA, requiriendo cobalamina (vitamina B12) en forma de adenosilcobalamina (AdoCbl) como cofactor. Como paso importante en el catabolismo del propionato, esta reacción es necesaria para la degradación de los ácidos grasos de cadena impar , los aminoácidos valina , isoleucina , metionina y treonina , y el colesterol , [9] canalizando los metabolitos de la descomposición de estos aminoácidos en El ciclo del ácido tricarboxílico . [10]

La metilmalonil-CoA mutasa cataliza la siguiente reacción:


El sustrato de la metilmalonil-CoA mutasa, la metilmalonil-CoA , se deriva principalmente de propionil-CoA , una sustancia formada a partir del catabolismo y digestión de isoleucina , valina , treonina , metionina , timina , colesterol o ácidos grasos de cadena impar. El producto de la enzima, succinil-CoA , es una molécula clave del ciclo del ácido tricarboxílico .

Significación clínica

Una deficiencia de esta enzima es responsable de un trastorno hereditario del metabolismo, la deficiencia de metilmalonil-CoA mutasa , que es una de las causas de la acidemia metilmalónica (también conocida como aciduria metilmalónica o MMA). La MMA es un error congénito del metabolismo hereditario autosómico recesivo , caracterizado por episodios recurrentes de vómitos, letargo, cetoacidosis profunda , hiperamonemia y pancitopenia en la infancia, y puede causar muerte prematura. Las complicaciones incluyen miocardiopatía , accidente cerebrovascular metabólico, pancreatitis e insuficiencia renal progresiva. [5] [11]

Las mutaciones en el gen MUT (codifica la metilmalonil-CoA mutasa) o MMAA (codifica una proteína chaperona de la metilmalonil-CoA mutasa, la proteína MMAA ) pueden provocar acidemia de metilmalonil. [12] Las mutaciones en MUT se pueden clasificar como MUT 0 (no demuestra actividad incluso en presencia de exceso de AdoCbl) o MUT 1 (demuestra actividad muy baja en presencia de exceso de AdoCbl). [8] Más de la mitad de las mutaciones de MUT son mutaciones sin sentido [10] , mientras que las mutaciones sin sentido comprenden una fracción restante significativa (aproximadamente 14%) [13]

Los métodos de tratamiento comunes para MMA incluyen un trasplante de hígado o un trasplante de hígado y riñón para combatir la enfermedad renal de la acidemia metilmalónica. Sin embargo, los efectos neurológicos perjudiciales pueden seguir afectando a los pacientes incluso después de una operación exitosa. Se cree que esto se debe a la presencia generalizada de metilmalonil-CoA mutasa en todo el sistema nervioso central. Debido a la pérdida de funcionalidad de la enzima, los niveles de sustrato se acumulan en el SNC. El sustrato, L-metilmalonil-CoA, se hidroliza para formar metilmalonato (ácido metilmalónico), un ácido dicarboxílico neurotóxico que, debido a la escasa capacidad de transporte de ácido dicarboxílico de la barrera hematoencefálica, queda efectivamente atrapado dentro del SNC, lo que provoca debilitamiento neurológico. Para combatir estos efectos, se recomiendan regímenes anticatabólicos perioperatorios y no interrumpir la dieta. [6]

El modelo murino ha demostrado ser una forma adecuada y precisa de estudiar los efectos de la MMA y los posibles métodos de tratamiento. [14] [15]

Mecanismo

Mecanismo de reacción de MCM

El mecanismo de reacción MCM comienza con la escisión homolítica del enlace C- Co (III) de AdoB12, los átomos de C y Co adquieren cada uno de los electrones que formaron el enlace del par de electrones escindido. El ion Co, por lo tanto, fluctúa entre sus estados de oxidación Co(III) y Co(II) [los dos estados se distinguen espectroscópicamente: Co(III) es rojo y diamagnético (sin electrones desapareados), mientras que Co(II) es amarillo y paramagnético (electrones desapareados)]. De ahí que el papel de la coenzima B-12 en el proceso catalítico sea el de generador reversible de un radical libre . El enlace C-Co(III) es débil, con una energía de disociación = 109 kJ/mol, y parece debilitarse aún más mediante interacciones estéricas con la enzima. La reacción homolítica es inusual en biología, al igual que la presencia de un enlace metal-carbono.

La metilmalonil-CoA mutasa es un miembro de la subfamilia de isomerasas de enzimas dependientes de adenosilcobalamina. Además, se clasifica como clase I, ya que es una enzima 'DMB-off'/'His-on'. Esto se refiere a la naturaleza del cofactor AdoCbl en el sitio activo de la metilmalonil CoA. [16] AdoCbl está compuesto por un anillo de corrina central que contiene cobalto , un ligando axial superior (ligando β-axial) y un ligando axial inferior (ligando α-axial). En la metilmalonil-CoA mutasa, el ligando β-axial 5'-desoxi-5'-adenosina se disocia reversiblemente para dar el radical desoxiadenosilo . El ligando α-axial 5,6-dimetilbencimidazol (DMB) participa en la organización del sitio activo para permitir que la histidina -610 se una con Co, en lugar de con DMB (el motivo de la notación 'DMB-off'/'His-on' ). [16] La unión del residuo de histidina-610 aumenta la tasa de rotura del enlace homolítico β-axial - Co en un factor de 10 12 . [17]

Sitio activo de MCM. Anillo de corrin y ligando α-axial (DMB): (amarillo), ligando β-axial: (verde), sustrato/producto: (cian), residuos que interactúan con el ligando β-axial: glu370, asn366, gly91, ala139 (azul) , residuos que interactúan con el sustrato: gln197, his244, arg207, tyr89 (rojo) y his610: (naranja). [18] Representado a partir de PDB 4REQ. [19]

Otros residuos importantes de la metilmalonil-CoA mutasa incluyen la histidina-244, que actúa como un ácido general cerca del sustrato y protege a las especies radicales de reacciones secundarias que involucran oxígeno, [20] glutamato -370, cuyo enlace de hidrógeno con el grupo 2'-OH de la ribosa del ligando β-axial fuerza la interacción entre las especies radicales del ligando β-axial y el sustrato, [21] y la tirosina -89, que estabiliza los radicales intermedios reactivos y explica la estereoselectividad de la enzima. [18] [22]

La proteína procesadora, la proteína MMAA , cumple la importante función de ayudar a la carga y el intercambio de cofactores. [12] [23] La proteína MMAA favorece la asociación con la apoenzima MCM y permite la transferencia del cofactor AdoCbl al sitio activo de la enzima. [23] Además, si el AdoCbl unido acumula daño oxidativo durante el funcionamiento normal, la proteína MMAA fomenta el intercambio del cofactor dañado por un nuevo AdoCbl a través de una vía dependiente de GTP . [12] [23]

Interacciones

Referencias

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Otras lecturas

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