Aconitasa

La aconitasa (aconitato hidratasa; EC 4.2.1.3 ) es una enzima que cataliza la isomerización estereoselectiva del citrato a isocitrato a través del cis - aconitato en el ciclo del ácido tricarboxílico , un proceso no redox activo. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

• 
  Ácido cítrico
• 
  ácido aconítico
• 
  ácido isocítrico

La aconitasa tiene dos estructuras ligeramente diferentes, dependiendo de si está activada o inactivada. ^{[ 6 ] [ 7 ]} En la forma inactiva, su estructura se divide en cuatro dominios. ^{[ 6 ]} Contando desde el extremo N , solo los tres primeros de estos dominios participan en interacciones cercanas con el clúster [3Fe-4S], pero el sitio activo consta de residuos de los cuatro dominios, incluido el dominio C-terminal más grande. ^{[ 6 ]} El clúster Fe-S y un anión SO ²⁻ ₄ también residen en el sitio activo. ^{[ 6 ]} Cuando la enzima se activa, gana un átomo de hierro adicional, creando un clúster [4Fe-4S]. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Sin embargo, la estructura del resto de la enzima es casi inalterada; los átomos conservados entre las dos formas están esencialmente en las mismas posiciones, hasta una diferencia de 0,1 angstroms. ^{[ 7 ]}

A diferencia de la mayoría de ^las proteínas hierro-azufre que funcionan como transportadores de electrones, el clúster hierro-azufre de la aconitasa reacciona directamente con un sustrato enzimático. La aconitasa posee un clúster activo [Fe₄S₄ _] ²⁺ _, que puede transformarse en una forma inactiva [Fe₃S₄ _{] ⁺} . ^Se _ha demostrado que tres residuos de cisteína (Cys) actúan como ligandos del centro [Fe₄S₄ _] . En el estado activo, el ion hierro lábil del clúster [Fe₄S₄ _] no está coordinado por Cys , sino por moléculas de agua _.

La proteína de unión al elemento sensible al hierro (IRE-BP) y la 3-isopropilmalato deshidratasa (α-isopropilmalato isomerasa; EC 4.2.1.33 ), una enzima que cataliza el segundo paso en la biosíntesis de leucina , son homólogos conocidos de la aconitasa. Los elementos reguladores del hierro (IRE) constituyen una familia de estructuras de tallo-bucle no codificantes de 28 nucleótidos que regulan el almacenamiento de hierro, la síntesis de hemo y la captación de hierro. También participan en la unión al ribosoma y controlan el recambio (degradación) del ARNm . La proteína reguladora específica, la IRE-BP, se une a los IRE en las regiones 5' y 3', pero solo al ARN en su forma apo (sin el clúster Fe-S). La expresión de IRE-BP en células cultivadas ha revelado que la proteína funciona como una aconitasa activa cuando las células tienen suficiente hierro, o como una proteína de unión a ARN activa cuando las células carecen de hierro. Las IRE-BP mutantes, en las que uno o todos los tres residuos de Cys implicados en la formación de Fe-S se sustituyen por serina , carecen de actividad aconitasa, pero conservan sus propiedades de unión a ARN.

La aconitasa es inhibida por el fluoroacetato , por lo tanto, el fluoroacetato es venenoso. El fluoroacetato, en el ciclo del ácido cítrico, se convierte en fluorocitrato por acción de la citrato sintasa . El fluorocitrato inhibe competitivamente la aconitasa, deteniendo el ciclo del ácido cítrico. ^{[ 9 ]} El clúster hierro-azufre es altamente sensible a la oxidación por superóxido . ^{[ 10 ]}

Mecanismo

La aconitasa emplea un mecanismo de deshidratación-hidratación. ^{[ 11 ]} Los residuos catalíticos involucrados son His-101 y Ser-642. ^{[ 11 ]} His-101 protona el grupo hidroxilo en C3 del citrato, permitiendo que salga como agua, y Ser-642 simultáneamente abstrae el protón en C2, creando un doble enlace entre C2 y C3, y formando el llamado intermedio cis -aconitato (los dos grupos carboxilo en el doble enlace son cis ). ^{[ 11 ] [ 14 ]} El átomo de carbono del cual se elimina el hidrógeno es el que provino del oxalacetato en el paso anterior del ciclo del ácido cítrico, no el que provino del acetil CoA , aunque estos dos carbonos son equivalentes excepto que uno es " pro -R" y el otro " pro -S" (ver Proquiralidad ). ^{[ 15 ] : 393} En este punto, el intermedio se rota 180°. ^{[ 11 ]} Esta rotación se denomina "volteo". ^{[ 12 ]} Debido a este volteo, se dice que el intermedio pasa de un "modo citrato" a un "modo isocitrato". ^{[ 16 ]}

La forma exacta en que ocurre este cambio es objeto de debate. Una teoría plantea que, en la etapa limitante de la velocidad del mecanismo, el cis -aconitato se libera de la enzima y luego se vuelve a unir en el modo isocitrato para completar la reacción. ^{[ 16 ]} Esta etapa limitante de la velocidad asegura que se forme la estereoquímica correcta , específicamente (2R,3S), en el producto final. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Otra hipótesis plantea que el cis -aconitato permanece unido a la enzima mientras esta cambia del modo citrato al modo isocitrato. ^{[ 11 ]}

En ambos casos, la inversión del cis -aconitato permite que los pasos de deshidratación e hidratación ocurran en caras opuestas del intermedio. ^{[ 11 ]} La aconitasa cataliza la eliminación/adición trans de agua, y la inversión garantiza que se forme la estereoquímica correcta en el producto. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Para completar la reacción, los residuos de serina e histidina invierten sus acciones catalíticas originales: la histidina, ahora básica, abstrae un protón del agua, preparándola como nucleófilo para atacar en C2, y la serina protonada es desprotonada por el doble enlace cis -aconitato para completar la hidratación, produciendo isocitrato. ^{[ 11 ]}

Las aconitasas se expresan en bacterias y en humanos. En los cítricos , una reducción de la actividad de las aconitasas mitocondriales probablemente conduce a la acumulación de ácido cítrico, que luego se almacena en vacuolas . ^{[ 18 ]} A medida que la fruta madura, el ácido cítrico regresa al citosol, donde un aumento en la actividad de la aconitasa citosólica reduce sus niveles en la fruta. ^{[ 18 ]} Los humanos expresan las siguientes dos isoenzimas de aconitasa :

Haz clic en genes, proteínas y metabolitos a continuación para acceder a los artículos correspondientes. ^{[ § 1 ]}

[[Archivo:

]]

Edición de TCACycle_WP78

1. ↑ El mapa interactivo de la ruta se puede editar en WikiPathways: "TCACycle_WP78" .

• Aconitasa en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Proteopedia Aconitasa : la estructura de la aconitasa en 3D interactivo