fitasa de hélice beta

BPP ( PDBID : 3AMR ). Los iones de calcio catalíticamente importantes 4-8 están en verde y los iones de calcio posiblemente menos importantes 1-3 y 9-11 están en magenta . ^{[ 1 ]} Los extremos N y C , las "hélices" y el hexasulfato de mioinositol (IHS, un análogo del fitato) unido al sitio activo se muestran en la imagen.

Las fitasas de hélice β ( BPP ) son un grupo de enzimas (es decir, una superfamilia de proteínas ) con una estructura de hélice β redonda. Las BPP son fitasas , lo que significa que pueden eliminar ( hidrolizar ) grupos fosfato del ácido fítico y sus sales de fitato. ^{[ 2 ]} La hidrólisis ocurre por etapas y generalmente termina en el producto mio -inositol trifosfato que tiene tres grupos fosfato aún unidos a él. ^{[ 3 ]} El sustrato real de las BPP es el fitato de calcio ^{[ 4 ]} y para hidrolizarlo, las BPP deben tener iones Ca ²⁺ unidos a sí mismas. Las BPP son la superfamilia de fitasa más extendida en el medio ambiente y se cree que tienen un papel importante en el ciclo fitato-fósforo en el suelo y el agua. ^{[ 5 ]} Como sugiere su nombre alternativo, fitasa alcalina , las BPP funcionan mejor en un ambiente básico (o neutro). Su pH óptimo es de 6 a 9, ^{[ 2 ]} lo cual es único entre las fitasas. ^{[ 5 ]}

A abril de 2018, las fitasas de benzodiacepinas (BPP) no se utilizan comercialmente, pero podrían tener potencial para tal uso. Las fitasas ácidas de histidina (HAP) son el único grupo de fitasas que se utiliza actualmente en la alimentación animal.

En abril de 2018, se conocían 7 estructuras cristalinas de BPP: 3AMR , 3AMS , 1H6L , 1POO , 2POO , 1CVM y 1QLG .

Las masas de las BPP conocidas son aproximadamente de 35 a 68 kDa . ^{[ 5 ]} Su estructura de hélice β en forma de rosquilla consta de 6 estructuras de láminas β antiparalelas o "palas". Una de estas palas tiene 5 láminas β (pala número 5 en la imagen al comienzo de este artículo) y las demás tienen 4 láminas β. Existen interacciones hidrofóbicas entre estas palas que se cree que mantienen unida la estructura de hélice. Estas palas forman un orificio en forma de túnel a través de la enzima. Este túnel se une a algunas moléculas de agua. Delante del túnel se encuentra el sitio activo de ^la enzima , que está cargado positivamente en su totalidad debido a los iones Ca²⁺ a los que se une y a ciertos residuos de aminoácidos positivos. Este sitio se une al fitato de calcio cargado negativamente e hidroliza los fosfatos a partir de él. ^{[ 2 ]} 

Motivos

Un estudio de 2008 realizado por Huang et al. comparó 66 secuencias de péptidos BPP y encontró que los motivos de secuencia DA[A/T/E]DDPA[I/L/V]W y NN[V/I]D[I/L/V]R[Y/D/Q] se conservaron en todos los BPP estudiados. R[Y/D/Q], por ejemplo, significa que R e Y , D o Q se encontraron en la secuencia, es decir, RY o RD o RQ. ^{[ 10 ]} El estudio de 2014 realizado por Kumar et al. comparó 44 BPP y encontró 10 motivos. Dos de ellos, DDPAIW[VI][HN]PK[DN]P[ESA]KS y NN[F/V]D[I/V/L], se encontraron en todos los BPP estudiados. Se observó que estos eran similares a los encontrados en el estudio de 2008 realizado por Huang et al. ^{[ 5 ]}

Las BPP son metaloproteínas dependientes de calcio . Su sitio activo tiene varios cationes de calcio (Ca²⁺ ⁾ unidos a él a través de grupos carboxilato de aminoácidos con carga negativa . Se necesitan iones de calcio positivos para que la unión del fitato negativo sea eléctricamente favorable. La unión se produce a través de los grupos fosfato con carga negativa del fitato junto con ciertos residuos de aminoácidos positivos de la BPP que se unen directamente al fitato. ^{[ 1 ] Las concentraciones de} Ca²⁺ también tienen un efecto en el pH óptimo y la termoestabilidad de la BPP: por ejemplo, con la BPP de Bacillus sp . KHU-10, la actividad es máxima con 10 _mM de CaCl₂ añadido a 60 °C y pH 6–9,5. Sin CaCl₂ añadido _, el pH de máxima actividad es a 40 °C y pH 6,5–8,5. ^{[ 5 ]}  

La eliminación de Ca²⁺ ^conduce a la pérdida de la actividad catalítica, razón por la cual el EDTA quelante de Ca²⁺ ^{inhibe las BPP. Ciertas mutaciones puntuales de los aminoácidos que se unen al calcio también detienen la función enzimática. Los iones divalentes como Cd²⁺} , Mn²⁺ ^{, Cu²⁺} , Ba²⁺, Hg²⁺, Zn²⁺, Co²⁺ y Fe²⁺ inhiben las BPP al reemplazar el Ca²⁺ dentro de la enzima ^. [ ⁵ ] Esto probablemente ^se deba ^{a que} estos ^cationes son ^{demasiado pequeños en} comparación con los iones Ca²⁺ ^{, que} tienen un radio de Van der Waals (WDV) de 0,99 Å . El Co²⁺ ^tiene un VDW de 0,74 Å, por ejemplo, y por lo tanto probablemente sea demasiado pequeño para realizar las mismas tareas que el Ca²⁺ ^. Sin embargo, los iones Sr²⁺ ^pueden reemplazar al Ca²⁺ ^al menos en ciertos casos sin una pérdida total de la función catalítica. El radio de van der Waals ^del Sr²⁺ es de 1,12 Å, y es similar al del Ca²⁺ ^. [ ^{4 ] Una} compatibilidad similar entre diferentes iones también se puede observar en otras enzimas. ^{[ 11 ]}

Una alta concentración de Ca²⁺ ^puede aumentar la tasa de catálisis de BPP hasta cierto límite. Cuando la concentración de Ca²⁺ ^supera este límite, los iones Ca²⁺ adicionales ^comienzan a actuar como inhibidores competitivos . Las altas concentraciones de fitato libre, que no está unido a Ca²⁺, ^también inhiben las BPP. Esto ocurre posiblemente mediante la quelación del Ca²⁺ unido a las BPP, mediada por el fitato ^libre . ^{[ 4 ]}

Otros tipos de inhibidores incluyen molibdato , tungstato y vanadato oxianiónicos (que se unen al oxígeno) . Se ha sugerido que la inhibición con estos oxianiones ocurre porque forman complejos bipiramidales trigonales dentro del sitio activo de la enzima que son similares al estado de transición del grupo fosfato del fitato durante su hidrólisis. El ortofosfato que se libera del ácido fítico actúa como un inhibidor competitivo de las BPP. ^{[ 9 ]} El análogo del ácido fítico, el mio -inositol-hexasulfato (IHS), inhibe las BPP y se ha utilizado como ayuda en estudios estructurales de BPP debido a su similitud con el ácido fítico (ver 3AMR ). ^{[ 2 ]}

En un mecanismo de hidrólisis sugerido en 2001 por Shin et al., los ^iones Ca²⁺ unidos al BPP se dividen en iones de hidrólisis e iones del sitio de afinidad . En el sitio de hidrólisis, el Ca²⁺ ^ayuda al fosfato que está a punto de ser eliminado a unirse al sitio activo . También activan una molécula ^de agua que participa en la hidrólisis al convertirla en un ion OH⁻ y estabilizan el estado de transición durante la catálisis. Los iones del área de afinidad aumentan la afinidad del fitato por el sitio activo y mantienen al fitato inmóvil durante la hidrólisis de sus otros grupos fosfato. La hidrólisis se repite paso a paso hasta que se obtiene un producto de mioinositol con tres fosfatos. [ 3 ^{] Otros estudios} apoyan un producto con tres fosfatos, ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} pero se pueden eliminar más fosfatos en condiciones extremas como una alta concentración de BPP y un tiempo de incubación prolongado. ^{[ 13 ]}

La hidrólisis real propuesta por Shin et al. ocurre en dos etapas. La segunda es más lenta y limita la velocidad total de la reacción. En la primera etapa, el grupo carbonilo retira electrones del fósforo del fosfato, dejándolo deficiente en electrones, es decir, con una carga positiva. Simultáneamente, el OH⁻ ^dona un par de electrones al fósforo nominalmente positivo del fosfato. Se forma un estado intermedio bipiramidal trigonal . En la segunda etapa, el enlace fosfoéster se rompe cuando un residuo de aminoácido ácido (BH⁺ ⁾ dona un protón al oxígeno del enlace. De esta manera, se elimina el grupo fosfato. ^{[ 3 ]}

Existen varias rutas de hidrólisis propuestas, pero se desconoce cuál es la correcta o si existen varias rutas. Estas rutas de hidrólisis se resumen a continuación.

• Enviropig
• 3-fitasa
• 4-fitasa
• 5-fitasa
• Xilanasa