En enzimología , una 4-hidroxibenzoil-CoA reductasa ( EC 1.3.7.9 ) es una enzima que se encuentra en algunas bacterias y arqueas que cataliza la reacción química [1] [2]
- benzoil-CoA + aceptor + H 2 O 4-hidroxibenzoil-CoA + aceptor reducido
Los 3 substratos de esta enzima son benzoil-CoA , aceptor , y H 2 O , mientras que sus dos productos son 4-hidroxibenzoil-CoA y reducida aceptor .
Esta enzima participa en la degradación del benzoato a través de la ligadura de coa.
Nomenclatura [ editar ]
Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , específicamente aquellas que actúan en el grupo de donantes CH-CH con otros aceptores. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es benzoil-CoA: oxidorreductasa aceptora . Otros nombres de uso común incluyen:
- 4-hidroxibenzoil-CoA reductasa (deshidroxilante), y
- 4-hidroxibenzoil-CoA: (aceptor) oxidorreductasa.
En enzimología , una 4-hidroxibenzoil-CoA tioesterasa ( EC 3.1.2.23 ) es una enzima que cataliza la reacción química.
- 4-hidroxibenzoil-CoA + H 2 O 4-hidroxibenzoato + CoA
Así, los dos sustratos de esta enzima son 4-hidroxibenzoil-CoA y H 2 O , mientras que sus dos productos son 4-hidroxibenzoato y CoA .
Esta enzima pertenece a la familia de las hidrolasas , específicamente las que actúan sobre los enlaces tioéster . El nombre sistemático de esta clase de enzimas es 4-hidroxibenzoil-CoA hidrolasa . Esta enzima participa en la degradación del 2,4-diclorobenzoato .
4-hidroxifenilacetato 3-monooxigenasa ( EC 1.14.14.9 ) es una enzima que cataliza la reacción química
- 4-hidroxifenilacetato + FADH 2 + O 2 3,4-dihidroxifenilacetato + FAD + H 2 O
Esta reacción es el primer paso en una vía que se encuentra en bacterias entéricas como Escherichia coli y bacterias del suelo como Pseudomonas putida que degrada el 4-hidroxifenilacetato (4-HPA), permitiendo que estas bacterias usen 4-HPA y otros compuestos aromáticos encontrados en mamíferos tractos digestivos o en el suelo como fuente de carbono. [2] Mientras que las monooxigenasas de flavina más conocidas usan NADH o NADPH como sustratos (y usan las flavinas FAD o FMN como grupos protésicos [3] ), esta enzima es parte de un sistema de dos componentes, en el que un compañero de flavina oxidorreductasa ( EC 1.5 .1.37 ) regenera FADH 2oxidando NADH a NAD + . hpaB y hpaC, las proteínas asociadas a la 4-HPA oxigenasa y reductasa (respectivamente) de la cepa W de E. coli , fueron los primeros sistemas de flavina monoxigenasa de dos componentes identificados. [4] Si bien los ejemplos conocidos de esta enzima comparten un mecanismo catalítico común y un probable origen evolutivo, difieren con respecto a la regulación y la capacidad de sustituir FMNH 2 por FADH 2 como sustrato.
Estructura [ editar ]
Esta enzima es un tetrámero que se forma como un dímero de dímeros. [1] Las alineaciones de secuencia de las enzimas Thermus thermophilus y E. coli hpaB muestran similitud estructural entre sí y con los componentes de la oxigenasa de otras monooxigenasas de dos componentes bacterianas para compuestos como el fenol y el clorofenol. [1] Cada monómero de esta proteína consiste en un dominio alfa-helicoidal N-terminal , un dominio de barril beta medio y una hélice de "cola" C-terminal. FADH 2está limitado por un surco entre estos dominios; Este evento de enlace provoca que un bucle en el dominio medio cambie de posición, formando un sitio de enlace para 4-HPA. En este punto, los residuos múltiples actúan para estabilizar los intermedios catalíticos mediante la unión de hidrógeno al peróxido unido al FAD, así como al grupo hidroxilo del resto fenol de 4-HPA (estabilizando su estado de transición de dienona - ver Mecanismo ). El bucle que se mueve para formar el sitio de unión de 4-HPA cuando se une FADH 2 proporciona especificidad catalítica mediante enlaces de hidrógeno al resto de ácido carboxílico de 4-HPA. [1]
Mecanismo [ editar ]
Mientras que muchas monooxigenasas dependientes de flavina retienen FMN o FAD en sus sitios activos a lo largo de su ciclo catalítico, [3] esta enzima se une a FADH 2 al comienzo de su ciclo catalítico y libera FAD al final. Después de que FADH 2 se une, el dioxígeno lo ataca en el carbono C4a, lo que lleva a un intermedio C4a-hidroperoxiflavina. El 4-HPA luego se une, y un cambio conformacional secuestra el sitio activo de la enzima de la solución, evitando que el oxígeno escape como peróxido de hidrógeno tóxico . El 4-HPA se hidroxila a través de un intermedio de dienona y se libera como 3,4-DHPA; Con el enlace de peróxido roto, C4a-hidroxiflavina libera el átomo de oxígeno restante al eliminar el agua y se libera de la enzima como FAD. [1]
Función biológica [ editar ]
Para hacer frente a la amplia variedad de compuestos fenólicos que se encuentran en la naturaleza, las vías bacterianas para la degradación de los compuestos aromáticos generalmente comienzan canalizando estos sustratos diversos hacia unos pocos intermedios comunes, que luego se degradan aún más. [5] Las vías para catabolizar compuestos aromáticos generalmente comienzan agregando dos grupos hidroxilo al anillo de benceno, con mayor frecuencia en los carbonos adyacentes. Este producto se somete a la división del anillo para producir una molécula lineal que finalmente se degrada a intermedios del metabolismo central, como el succinato , el piruvato y el dióxido de carbono . En el caso del acetato de 4-hidroxifenilo, que solo necesita agregar un grupo hidroxilo, se requiere una monooxigenasa.
Entre las cepas comunes de laboratorio de E. coli , la ruta de degradación de 4-HPA no se encuentra en la cepa K-12 de uso común, pero sí aparece en las cepas B, C y W (la cepa en la que se ha investigado más la ruta hecho). Solo las cepas que contienen esta ruta pueden sobrevivir al metabolizar 4-HPA como la única fuente de carbono, lo que demuestra que esta ruta es necesaria para el catabolismo de este compuesto, y probablemente también para compuestos fenólicos similares. [6]
Evolución [ editar ]
Además de la monooxigenasa dependiente exclusivamente de FADH 2 que se encuentra en especies como E. coli y T. thermophilus , se ha descrito una versión de la enzima que puede usar FAD reducida o FMN reducida en Acinetobacter baumannii . [7] Aunque estas enzimas catalizan reacciones similares y comparten un doblez de acil-CoA deshidrogenasa similar , la enzima dependiente de FMN está regulada alostéricamente por 4-HPA, mientras que la enzima dependiente de FADH 2 probablemente está regulada por un mecanismo cinético más simple, en el cual Las concentraciones de 4-HPA llevan a la enzima a unirse y secuestrar FADH 2como parte del ciclo catalítico normal, haciendo que la concentración libre de FADH 2 disminuya hasta que la reacción de la flavina oxidorreductasa también se inhiba indirectamente. [8] Junto con otras diferencias en la regulación y la unión del sustrato a pesar de un mecanismo catalítico fundamental compartido, [9] esto ha llevado a especular que estas enzimas representan colectivamente un ejemplo de evolución convergente . [3]
Aplicaciones potenciales [ editar ]
Además del 4-HPA, se ha informado que la enzima tiene actividad en varios otros sustratos fenólicos. [4] Los ingenieros metabólicos han demostrado que los microbios que expresan la enzima E. coli pueden catalizar reacciones como la hidroxilación de tirosina a L-dopa [10] y la hidroxilación de los umbiliferonas y resveratrol fenilpropanoides farmacológicamente interesantes . [11] Sin embargo, estos enfoques no se utilizan actualmente comercialmente.
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