ADP-ribosa difosfatasa

La ADP-ribosa difosfatasa ( EC 3.6.1.13 ) es una enzima que cataliza una reacción de hidrólisis en la que el agua ataca nucleofílicamente la ADP-ribosa para producir AMP y D-ribosa 5-fosfato. La hidrólisis enzimática se produce por la ruptura de un enlace fosfoanhídrido y depende de los iones Mg²⁺ ^que se encuentran en un complejo con la enzima.

El dominio C-terminal de la ADP-ribosa difosfatasa contiene la secuencia Nudix , una secuencia de aminoácidos altamente conservada que se encuentra en más de 450 proteínas putativas de aproximadamente 90 especies diferentes. Una parte de esta secuencia, conocida como el pliegue Nudix , es la parte catalítica. Se trata de un motivo bucle-hélice-bucle estructuralmente conservado que crea un andamiaje para la unión de metales y la química de la pirofosfatasa en la enzima. ^{[ 1 ]}

Las hidrolasas de ADP-ribosa actúan generalmente como agentes protectores contra la acumulación intracelular excesiva de ADP-ribosa, ya que los altos niveles intracelulares de ADP-ribosa pueden ser perjudiciales para la célula. La difosfatasa de ADP-ribosa, en particular, hidroliza la ADP-ribosa en AMP y D-ribosa 5-fosfato, ambos intermediarios de vías metabólicas centrales y, por lo tanto, fácilmente reutilizables. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Otros nombres comunes para la ADP-ribosa difosfatasa incluyen ADP-ribosa pirofosfatasa y ADPRasa. La ADP-ribosa se conoce comúnmente como ADPR.

La ADPRasa es un dímero formado por dos monómeros idénticos, cada uno de los cuales contiene 209 aminoácidos. Los dos monómeros se pliegan en dos dominios estructurales distintos con dos sitios catalíticos equivalentes. El dominio C-terminal consta de la secuencia Nudix mencionada anteriormente, y el dominio N-terminal participa principalmente en la estabilización del dímero. Como se indicó anteriormente, el plegamiento Nudix es la parte catalítica de la enzima, pero ambos dominios participan en el sitio activo y contribuyen a la unión y coordinación del H₂O _, el Mg²⁺ ^y el sustrato ADP-ribosa. ^{[ 1 ]}

La imagen adyacente muestra el sitio activo de la ADPRasa en complejo con AMPCPR y Mg²⁺ ^. AMPCPR es un análogo no hidrolizable de ADP-ribosa y, por lo tanto, funciona como un inhibidor de la ADPRasa. La imagen inferior revela los iones Mg²⁺ primero y segundo ^, que sirven para coordinar la molécula de agua atacante de manera que esté perfectamente alineada con el enlace escindible (el enlace OPO es de 177 grados) y preparada para el ataque. Una cadena lateral de glutamato (E162) desprotonará la molécula de agua, y luego el ion hidróxido atacará nucleofílicamente. Esto ocurre cuando la molécula de agua está a 3,0 angstroms de la molécula de fósforo que está atacando. Mediante el uso de H₂O¹⁸ , _{se ha descubierto que la molécula} ^de agua ataca el adenosilfosfato. Esta evidencia refuta un estudio previo que sugería que la hidrólisis de ADP-ribosa podría proceder mediante un ataque nucleofílico en el fosfato alfa o beta (Gabelli et al., 2001). Tras el ataque de la molécula de agua, se forma un intermedio y, posteriormente, el ribosa 5-fosfato se desprende como grupo saliente. El tercer sitio activo, el ion Mg²⁺, ^se utiliza para estabilizar la carga negativa del grupo fosfato al desprenderse, situándose así perfectamente entre los dos fosfatos. ^{[ 4 ]}

Cuando el sustrato se une, la estructura de la enzima difiere en forma. Con el sustrato unido, el bucle L9 se mueve 10 angstroms desde su posición original en la enzima libre, lo que forma un giro más cerrado y lleva a E162 a su posición catalítica, lo que significa que esta enzima cicla entre una conformación abierta (enzima libre) y una cerrada (complejo sustrato-metal). Esto es importante porque previene la hidrólisis inespecífica de otros nucleótidos. ^{[ 4 ]} La ADPRasa es altamente específica para ADPR, ya que se ha demostrado que su K _m para ADPR es menor en al menos dos órdenes de magnitud que para otros nucleótidos de azúcar.

La hidrólisis del ADPR es catalizada por E162, que mejora la nucleofilicidad de la molécula de agua en el sitio activo al desprotonarla. Esta agua se mantiene perfectamente alineada con el enlace escindible gracias a los iones magnesio primero y segundo. El ion hidróxido ataca entonces el átomo de fósforo del adenosilfosfato, creando un intermedio bipiramidal trigonal con un oxígeno cargado negativamente unido al adenosilfosfato. El doble enlace se reforma, liberando así el ribosa 5-fosfato como grupo saliente. El tercer Mg²⁺ ^se utiliza para estabilizar la carga negativa del grupo saliente. ^{[ 4 ]}

La ADP-ribosa es un intermediario que se produce durante el metabolismo del NAD+ , las proteínas mono- o poliinsaturadas y la ADP-ribosa cíclica . La ADP-ribosa es un agente glicante de proteínas, y los niveles excesivos de ADP-ribosa en la célula pueden causar ADP-ribosilación no enzimática. La ADP-ribosilación no enzimática puede inactivar proteínas diana que contienen sitios de unión de nucleótidos cuando la porción adenilato de la ADP-ribosa se une a ellas, y también puede interferir con la regulación metabólica que ocurre a través de la ADP-ribosilación enzimática . ^{[ 3 ]} Por ejemplo, la polimerización de actina se inhibe por la ADP-ribosilación no enzimática en un residuo de Cys . Por lo tanto, se cree que la ADPRasa funciona en general como una enzima de limpieza para eliminar la ADP-ribosa potencialmente dañina de la célula. ^{[ 2 ] [ 5 ]}

En la literatura, el papel desintoxicante de la ADPRasa está directamente respaldado en células de E. coli . Pero en células de mamíferos, solo existe evidencia indirecta que vincule la ADPRasa con un papel desintoxicante, y esta proviene de estudios de la ADPRibase-I del hígado de rata, muy específica, mediante agentes citotóxicos. ^{[ 3 ] [ 6 ]}