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Articulo de referencia

Tríada catalítica

La enzima proteasa TEV [ a ] contiene un ejemplo de tríada catalítica de residuos (en rojo) en su sitio activo . La tríada consta de un aspartato ( ácido ), una histidina ( base...

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La enzima proteasa TEV [ a ] contiene un ejemplo de tríada catalítica de residuos (en rojo) en su sitio activo . La tríada consta de un aspartato ( ácido ), una histidina ( base ) y una cisteína ( nucleófilo ). El sustrato (en negro) se une al sitio de unión para orientarlo junto a la tríada. ( PDB : 1LVM )

Una tríada catalítica es un conjunto de tres residuos de aminoácidos coordinados que se pueden encontrar en el sitio activo de algunas enzimas . [ 1 ] [ 2 ] Las tríadas catalíticas se encuentran más comúnmente en enzimas hidrolasas y transferasas (por ejemplo, proteasas , amidasas , esterasas , acilasas , lipasas y β-lactamasas ). Una tríada ácido - base - nucleófilo es un motivo común para generar un residuo nucleofílico para la catálisis covalente . Los residuos forman una red de transferencia de carga para polarizar y activar el nucleófilo, que ataca al sustrato , formando un intermedio covalente que luego se hidroliza para liberar el producto y regenerar la enzima libre. El nucleófilo es más comúnmente una serina o cisteína , pero ocasionalmente treonina o incluso selenocisteína . La estructura 3D de la enzima reúne los residuos de la tríada en una orientación precisa, aunque pueden estar muy separados en la secuencia ( estructura primaria ). [ 3 ]

Además de la evolución divergente de la función (e incluso del nucleófilo de la tríada), las tríadas catalíticas muestran algunos de los mejores ejemplos de evolución convergente . Las restricciones químicas en la catálisis han llevado a que la misma solución catalítica evolucione independientemente en al menos 23 superfamilias distintas . [ 2 ] Su mecanismo de acción es, por consiguiente, uno de los mejor estudiados en bioquímica . [ 4 ] [ 5 ]

Historia

En la década de 1950, se identificó un residuo de serina como el nucleófilo catalítico de la tripsina y la quimotripsina (purificada por primera vez en la década de 1930) [ 6 ] mediante modificación con fluorofosfato de diisopropilo . [ 7 ] La estructura de la quimotripsina se resolvió mediante cristalografía de rayos X en la década de 1960, mostrando la orientación de la tríada catalítica en el sitio activo . [ 8 ] Otras proteasas fueron secuenciadas y alineadas para revelar una familia de proteasas relacionadas, [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] ahora llamada familia S1. Simultáneamente, se encontró que las estructuras de las proteasas papaína y subtilisina , evolutivamente no relacionadas , contenían tríadas análogas. El mecanismo de "transferencia de carga" para la activación del nucleófilo por los otros miembros de la tríada se propuso a finales de la década de 1960. [ 12 ] A medida que se resolvieron más estructuras de proteasas mediante cristalografía de rayos X en las décadas de 1970 y 1980, se encontraron tríadas homólogas (como la proteasa TEV ) y análogas (como la papaína). [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] El sistema de clasificación MEROPS en las décadas de 1990 y 2000 comenzó a clasificar las proteasas en superfamilias de enzimas estructuralmente relacionadas y, por lo tanto, actúa como una base de datos de la evolución convergente de tríadas en más de 20 superfamilias. [ 16 ] [ 17 ] La comprensión de cómo las restricciones químicas en la evolución llevaron a la convergencia de tantas familias de enzimas en las mismas geometrías de tríadas se ha desarrollado en la década de 2010. [ 2 ]

Desde entonces, los investigadores han llevado a cabo investigaciones cada vez más detalladas del mecanismo catalítico exacto de la tríada. En las décadas de 1990 y 2000, se debatió particularmente si los enlaces de hidrógeno de baja barrera contribuían a la catálisis, [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] o si los enlaces de hidrógeno ordinarios eran suficientes para explicar el mecanismo. [ 21 ] [ 22 ] El extenso trabajo sobre la catálisis covalente de transferencia de carga utilizada por las tríadas catalíticas ha llevado a que el mecanismo sea el mejor caracterizado en toda la bioquímica. [ 4 ] [ 5 ] [ 21 ]

Función

Las enzimas que contienen una tríada catalítica la utilizan para uno de dos tipos de reacción: o bien para escindir un sustrato ( hidrolasas ) o bien para transferir una porción de un sustrato a un segundo sustrato ( transferasas ). Las tríadas son un conjunto interdependiente de residuos en el sitio activo de una enzima y actúan en conjunto con otros residuos (por ejemplo, el sitio de unión y el agujero del oxianión ) para lograr la catálisis nucleofílica . Estos residuos de la tríada actúan conjuntamente para que el miembro nucleófilo sea altamente reactivo , generando un intermedio covalente con el sustrato que luego se resuelve para completar la catálisis. [ 23 ]

Mecanismo

Las tríadas catalíticas realizan catálisis covalente utilizando un residuo como nucleófilo. La reactividad del residuo nucleofílico aumenta gracias a los grupos funcionales de los demás miembros de la tríada. El nucleófilo se polariza y orienta por la base, que a su vez se une y estabiliza por el ácido. [ 24 ]

La catálisis se lleva a cabo en dos etapas. Primero, el nucleófilo activado ataca el carbono carbonílico y obliga al oxígeno carbonílico a aceptar un par de electrones, lo que conduce a un intermedio tetraédrico . La acumulación resultante de carga negativa se estabiliza típicamente mediante un hueco de oxianión dentro del sitio activo. El intermedio luego se colapsa de nuevo a un carbonilo, expulsando la primera mitad del sustrato, pero dejando la segunda mitad aún unida covalentemente a la enzima como un intermedio acil-enzima . Aunque la catálisis ácida general para la descomposición del primer y segundo intermedio tetraédrico puede ocurrir por la ruta mostrada en el diagrama, la evidencia que apoya dicho mecanismo con quimotripsina [ 25 ] ha sido controvertida. [ 26 ]

La segunda etapa de la catálisis consiste en la resolución del intermedio acil-enzima mediante el ataque de un segundo sustrato. Si el sustrato es agua, se produce hidrólisis; si es una molécula orgánica, esta se transfiere al primer sustrato. El ataque del segundo sustrato forma un nuevo intermedio tetraédrico, que se resuelve expulsando el nucleófilo de la enzima, liberando el segundo producto y regenerando la enzima libre. [ 27 ]

Mecanismo general de reacción catalizada por una tríada catalítica (negro): sustitución nucleofílica en un sustrato carbonílico (rojo) por un segundo sustrato (azul). Primero, el nucleófilo de la enzima (X) ataca al carbonilo para formar un intermedio acil-enzima unido covalentemente. Este intermedio es atacado posteriormente por el nucleófilo del segundo sustrato (X'). Si el segundo nucleófilo es el grupo hidroxilo del agua, se produce hidrólisis; de lo contrario, se produce una transferencia de grupo de X'.

Identidad de los miembros de la tríada

Un sistema catalítico de transferencia de carga en tríada, como el que se encuentra comúnmente en las proteasas. El residuo ácido (generalmente glutamato o aspartato ) se alinea y polariza la base (generalmente histidina ), lo que activa el nucleófilo (a menudo serina o cisteína, ocasionalmente treonina ). La tríada reduce el pKa del residuo nucleofílico, que luego ataca al sustrato. Un agujero de oxianión de amidas cargadas positivamente , generalmente en la cadena principal (ocasionalmente en las cadenas laterales) , estabiliza la acumulación de carga en el estado de transición del sustrato .

Nucleófilo

La cadena lateral del residuo nucleofílico realiza catálisis covalente sobre el sustrato . El par de electrones no enlazantes presentes en el oxígeno o azufre ataca al carbono carbonílico electropositivo . [ 3 ] Los 20 aminoácidos biológicos que se encuentran naturalmente no contienen grupos funcionales suficientemente nucleofílicos para muchas reacciones catalíticas difíciles . La inclusión del nucleófilo en una tríada aumenta su reactividad para una catálisis eficiente. Los nucleófilos más comúnmente utilizados son el hidroxilo (OH) de la serina y el ion tiol /tiolato (SH/S − ) de la cisteína. [ 2 ] Alternativamente, las proteasas de treonina utilizan el hidroxilo secundario de la treonina; sin embargo, debido al impedimento estérico del grupo metilo adicional de la cadena lateral , dichas proteasas utilizan su amida N -terminal como base en lugar de un aminoácido separado. [ 1 ] [ 28 ]

El uso de oxígeno o azufre como átomo nucleofílico provoca pequeñas diferencias en la catálisis. En comparación con el oxígeno , el orbital d adicional del azufre lo hace más grande (en 0,4 Å) [ 29 ] y más blando, le permite formar enlaces más largos (d C-X y d X-H en 1,3 veces) y le da un p K a más bajo (en 5 unidades). [ 30 ] Por lo tanto, la serina es más dependiente que la cisteína de la orientación óptima de los miembros de la tríada ácido-base para reducir su p K a [ 30 ] con el fin de lograr la desprotonación concertada con catálisis. [ 2 ] El bajo p K a de la cisteína juega en su desventaja en la resolución del primer intermedio tetraédrico ya que la reversión improductiva del ataque nucleofílico original es el producto de ruptura más favorable. [ 2 ] Por lo tanto, la base de la tríada se orienta preferentemente para protonar la amida del grupo saliente para asegurar que se expulse y deje el azufre de la enzima unido covalentemente al extremo N del sustrato. Finalmente, la resolución de la acil-enzima (para liberar el extremo C del sustrato) requiere que la serina se reprotone, mientras que la cisteína puede salir como S − . Estéricamente , el azufre de la cisteína también forma enlaces más largos y tiene un radio de van der Waals más voluminoso [ 2 ] y, si se muta a serina, puede quedar atrapado en orientaciones improductivas en el sitio activo. [ 29 ]

Muy raramente, el átomo de selenio del aminoácido poco común selenocisteína se utiliza como nucleófilo. [ 31 ] El estado desprotonado Se − se ve fuertemente favorecido cuando se encuentra en una tríada catalítica. [ 31 ]

Base

Dado que ningún aminoácido natural es fuertemente nucleofílico, la base en una tríada catalítica polariza y desprotona el nucleófilo para aumentar su reactividad. [ 3 ] Además, protona el primer producto para facilitar la salida del grupo saliente. [ 32 ]

La base más comúnmente es la histidina, ya que su pKa permite una catálisis básica efectiva, enlaces de hidrógeno con el residuo ácido y desprotonación del residuo nucleófilo. [ 1 ] Las β-lactamasas como TEM-1 utilizan un residuo de lisina como base. Debido a que el pKa de la lisina es tan alto (pKa = 11 ), un glutamato y varios otros residuos actúan como ácido para estabilizar su estado desprotonado durante el ciclo catalítico. [ 33 ] [ 34 ] Las proteasas de treonina utilizan su amida N -terminal como base, ya que el impedimento estérico del metilo de la treonina catalítica impide que otros residuos estén lo suficientemente cerca. [ 35 ] [ 36 ]

Ácido

El miembro ácido de la tríada forma un enlace de hidrógeno con el residuo básico, lo que conduce a una alineación mutua mediante la restricción de la rotación de la cadena lateral del residuo básico. La carga positiva en el residuo básico se estabiliza simultáneamente, lo que conduce a su polarización. [ 3 ] Dos aminoácidos tienen cadenas laterales ácidas a pH fisiológico (aspartato o glutamato) y, por lo tanto, son los miembros más comunes del residuo ácido de la tríada. [ 3 ] La proteasa del citomegalovirus [ b ] utiliza un par de histidinas, una como base, como es habitual, y otra como ácido. [ 1 ] La segunda histidina no es un ácido tan eficaz como el aspartato o el glutamato, más comunes, lo que conduce a una menor eficiencia catalítica. [ 37 ]

Ejemplos de tríadas

La gama de residuos de aminoácidos que se encuentran en los sitios activos de las enzimas hidrolíticas. A la izquierda se muestran los miembros de la tríada nucleófilo, base y ácido. A la derecha se muestran los sustratos con el enlace escindible indicado por un par de tijeras. Dos enlaces en los betalactámicos pueden escindirse (1 por la penicilina acilasa y 2 por la betalactamasa ).

Ser-His-Asp

El motivo serina-histidina-aspartato es uno de los motivos catalíticos mejor caracterizados en bioquímica. [ 3 ] La tríada se ejemplifica en la quimotripsina , [ c ] una serina proteasa modelo de la superfamilia PA que utiliza su tríada para hidrolizar esqueletos proteicos. El aspartato está unido por enlaces de hidrógeno a la histidina, lo que aumenta el pKa de su nitrógeno imidazol de 7 a alrededor de 12. La histidina puede actuar así como una potente base general, activando el nucleófilo de serina. La base histidina ayuda al primer grupo saliente donando un protón y también activa el sustrato de agua hidrolítica abstraiendo un protón mientras el OH− restante ataca al intermedio acil-enzima. [ 23 ]

La misma tríada también ha evolucionado convergentemente en hidrolasas α/β como algunas lipasas y esterasas ; sin embargo, la orientación de los miembros de la tríada está invertida. [ 38 ] [ 39 ] Además, se ha descubierto que la acetil hidrolasa cerebral (que tiene el mismo plegamiento que una proteína G pequeña ) también posee esta tríada. [ 40 ]

Cys-His-Asp

La segunda tríada más estudiada es el motivo Cisteína-Histidina-Aspartato. [ 2 ] Varias familias de proteasas de cisteína utilizan este conjunto de tríadas, por ejemplo, la proteasa TEV [ a ] ​​y la papaína . [ d ] La tríada actúa de forma similar a las tríadas de serina proteasas, con algunas diferencias notables. Debido al bajo pKa de la cisteína , la importancia del Asp para la catálisis varía y varias proteasas de cisteína son efectivamente díadas Cys-His (por ejemplo, la proteasa del virus de la hepatitis A ), mientras que en otras la cisteína ya está desprotonada antes de que comience la catálisis (por ejemplo, la papaína). [ 41 ] Esta tríada también es utilizada por algunas amidasas, como la N- glicanasa para hidrolizar enlaces CN no peptídicos. [ 42 ]

Ser-Su-Su

La tríada de la proteasa del citomegalovirus [ b ] utiliza histidina como miembro ácido y base. La eliminación de la histidina ácida produce una pérdida de actividad de tan solo 10 veces (en comparación con más de 10 000 veces cuando se elimina el aspartato de la quimotripsina). Esta tríada se ha interpretado como una posible forma de generar una enzima menos activa para controlar la velocidad de escisión. [ 28 ]

Ser-Glu-Asp

Se encuentra una tríada inusual en las proteasas sedolisinas . [ e ] El bajo pKa del grupo carboxilato de glutamato significa que solo actúa como base en la tríada a pH muy bajo. Se hipotetiza que la tríada es una adaptación a entornos específicos como aguas termales ácidas (p. ej., kumamolisina ) o lisosomas celulares (p. ej., tripeptidil peptidasa ). [ 28 ]

Cys-His-Ser

La proteasa endotelial vasohibina [ f ] utiliza una cisteína como nucleófilo, pero una serina para coordinar la base histidina. [ 43 ] [ 44 ] A pesar de que la serina es un ácido débil, sigue siendo eficaz para orientar la histidina en la tríada catalítica. [ 43 ] Algunos homólogos tienen alternativamente una treonina en lugar de serina en la posición ácida. [ 43 ]

Thr-Nter, Ser-Nter y Cys-Nter

Las proteasas de treonina, como la subunidad proteasa del proteasoma [ g ] y las ornitina aciltransferasas [ h ], utilizan el hidroxilo secundario de la treonina de forma análoga al uso del hidroxilo primario de la serina . [ 35 ] [ 36 ] Sin embargo, debido a la interferencia estérica del grupo metilo adicional de la treonina, el miembro base de la tríada es la amida N -terminal, que polariza una molécula de agua ordenada que, a su vez, desprotona el hidroxilo catalítico para aumentar su reactividad. [ 1 ] [ 28 ] De manera similar, existen configuraciones equivalentes de "solo serina" y "solo cisteína", como la penicilina acilasa G [ i ] y la penicilina acilasa V [ j ] , que están relacionadas evolutivamente con las proteasas del proteasoma. Nuevamente, estas utilizan su amida N -terminal como base. [ 28 ]

Ser -cis Ser-Lis

Esta tríada inusual se presenta únicamente en una superfamilia de amidasas. En este caso, la lisina polariza la serina central. [ 45 ] La serina central forma entonces dos fuertes enlaces de hidrógeno con la serina nucleofílica para activarla (uno con el hidroxilo de la cadena lateral y el otro con la amida del esqueleto). La serina central se mantiene en una orientación cis inusual para facilitar contactos precisos con los otros dos residuos de la tríada. La tríada es aún más inusual porque tanto la lisina como la cis -serina actúan como base en la activación de la serina catalítica, pero la misma lisina también desempeña la función de ácido y establece contactos estructurales clave. [ 45 ] [ 46 ]

Sec-His-Glu

El aminoácido selenocisteína (Sec), poco común pero presente de forma natural, también puede encontrarse como nucleófilo en algunas tríadas catalíticas. [ 31 ] La selenocisteína es similar a la cisteína, pero contiene un átomo de selenio en lugar de azufre. Un residuo de selenocisteína se encuentra en el sitio activo de la tiorredoxina reductasa , que utiliza el grupo selenol para la reducción del disulfuro en la tiorredoxina. [ 31 ]

Tríadas diseñadas

Además de los tipos de tríadas catalíticas que se presentan de forma natural, la ingeniería de proteínas se ha utilizado para crear variantes enzimáticas con aminoácidos no nativos o aminoácidos completamente sintéticos. [ 47 ] También se han insertado tríadas catalíticas en proteínas que de otro modo no serían catalíticas, o en proteínas que imitan dichas funciones. [ 48 ]

La subtilisina (una serina proteasa) ha tenido su nucleófilo de oxígeno reemplazado por azufre, [ 49 ] [ 50 ] selenio , [ 51 ] o telurio . [ 52 ] La cisteína y la selenocisteína se insertaron por mutagénesis , mientras que el aminoácido no natural, telurocisteína , se insertó usando células auxótrofas alimentadas con telurocisteína sintética. Todos estos elementos están en la columna 16 de la tabla periódica ( calcógenos ), por lo que tienen propiedades similares. [ 53 ] [ 54 ] En cada caso, cambiar el nucleófilo disminuyó la actividad proteasa de la enzima, pero aumentó una nueva actividad. Un nucleófilo de azufre mejoró la actividad transferasa de la enzima (a veces llamada subtiligasa). Los nucleófilos de selenio y telurio convirtieron la enzima en una oxidorreductasa . [ 51 ] [ 52 ] Cuando el nucleófilo de la proteasa TEV se convirtió de cisteína a serina, su actividad proteolítica se redujo fuertemente, pero fue posible restaurarla mediante evolución dirigida . [ 55 ]

Se han utilizado proteínas no catalíticas como andamios, insertándoles tríadas catalíticas que posteriormente se mejoraron mediante evolución dirigida. La tríada Ser-His-Asp se ha insertado en un anticuerpo, [ 56 ] así como en diversas proteínas. [ 57 ] De manera similar, se han creado imitadores de tríadas catalíticas en pequeñas moléculas orgánicas como el diaril diselenuro, [ 58 ] [ 59 ] y se han presentado en polímeros más grandes como las resinas de Merrifield , [ 60 ] y nanoestructuras peptídicas cortas autoensamblables . [ 61 ]

Evolución divergente

La sofisticación de la red del sitio activo hace que los residuos involucrados en la catálisis (y los residuos en contacto con estos) estén altamente conservados evolutivamente . [ 62 ] Sin embargo, existen muchos ejemplos de evolución divergente en las tríadas catalíticas, tanto en la reacción catalizada como en los residuos utilizados en la catálisis. La tríada sigue siendo el núcleo del sitio activo, pero está adaptada evolutivamente para cumplir diferentes funciones. [ 63 ] [ 64 ] Algunas proteínas, llamadas pseudoenzimas , tienen funciones no catalíticas (por ejemplo, regulación por unión inhibitoria) y han acumulado mutaciones que inactivan su tríada catalítica. [ 65 ]

Cambios en la reacción

Las tríadas catalíticas realizan catálisis covalente a través de un intermedio acil-enzima. Si el intermedio se resuelve por acción del agua, el resultado es la hidrólisis del sustrato. Sin embargo, si el intermedio se resuelve por el ataque de un segundo sustrato, la enzima actúa como una transferasa . Por ejemplo, el ataque de un grupo acilo da lugar a una reacción de aciltransferasa . Varias familias de enzimas transferasas han evolucionado a partir de hidrolasas mediante adaptación para excluir el agua y favorecer el ataque de un segundo sustrato. [ 66 ] En diferentes miembros de la superfamilia de las α/β-hidrolasas, la tríada Ser-His-Asp está ajustada por los residuos circundantes para realizar al menos 17 reacciones diferentes. [ 39 ] [ 67 ] Algunas de estas reacciones también se logran con mecanismos que han alterado la formación o resolución del intermedio acil-enzima, o que no proceden a través de un intermedio acil-enzima. [ 39 ]

Además, la amidofosforribosiltransferasa ha desarrollado un mecanismo de transferencia alternativo , que posee dos sitios activos. [ k ] En el primer sitio activo, una tríada de cisteína hidroliza un sustrato de glutamina para liberar amoníaco libre. El amoníaco se difunde a través de un túnel interno en la enzima hasta el segundo sitio activo, donde se transfiere a un segundo sustrato. [ 68 ] [ 69 ]

Cambios nucleófilos

Evolución divergente de las proteasas del clan PA para utilizar diferentes nucleófilos en su tríada catalítica. Se muestran la tríada de serina de la quimotripsina [ c ] y la tríada de cisteína de la proteasa TEV [ a ] . ( PDB : 1LVM , 1GG6 )

La evolución divergente de los residuos del sitio activo es lenta, debido a fuertes restricciones químicas. Sin embargo, algunas superfamilias de proteasas han evolucionado de un nucleófilo a otro. Esto se puede inferir cuando una superfamilia (con el mismo plegamiento ) contiene familias que utilizan diferentes nucleófilos. [ 55 ] Tales cambios de nucleófilos han ocurrido varias veces durante la historia evolutiva; sin embargo, los mecanismos por los cuales esto sucede aún no están claros. [ 17 ] [ 55 ]

Dentro de las superfamilias de proteasas que contienen una mezcla de nucleófilos (por ejemplo, el clan PA ), las familias se designan por su nucleófilo catalítico (C = proteasas de cisteína, S = proteasas de serina).

Pseudoenzimas

Otra subclase de variantes de la tríada catalítica son las pseudoenzimas , que tienen mutaciones en la tríada que las hacen catalíticamente inactivas, pero capaces de funcionar como proteínas de unión o estructurales. [ 71 ] [ 72 ] Por ejemplo, la proteína de unión a heparina Azurocidina es un miembro del clan PA, pero con una glicina en lugar del nucleófilo y una serina en lugar de la histidina. [ 73 ] De manera similar, RHBDF1 es un homólogo de las proteasas romboides de la familia S54 con una alanina en lugar de la serina nucleofílica. [ 74 ] [ 75 ] En algunos casos, las pseudoenzimas pueden tener una tríada catalítica intacta, pero las mutaciones en el resto de la proteína eliminan la actividad catalítica. El clan CA contiene miembros catalíticamente inactivos con tríadas mutadas ( la calpamodulina tiene lisina en lugar de su nucleófilo de cisteína) y con tríadas intactas pero mutaciones inactivadoras en otros lugares (la testina de rata conserva una tríada Cys-His-Asn). [ 76 ]

Evolución convergente

Convergencia evolutiva de las proteasas de serina y cisteína hacia la misma organización de tríadas catalíticas de ácido-base-nucleófilo en diferentes superfamilias de proteasas . Se muestran las tríadas de subtilisina , [ l ] prolil oligopeptidasa , [ m ] proteasa TEV, [ a ] y papaína . [ d ] ( PDB : 1ST2 , 1LVM , 3EQ8 , 1PE6 )
Convergencia evolutiva de las treonina proteasas hacia la misma organización del sitio activo N -terminal. Se muestran la treonina catalítica del proteasoma [ g ] y la ornitina acetiltransferasa [ h ] . ( PDB : 1VRA , 1PMA )

La enzimología de las proteasas proporciona algunos de los ejemplos más claros conocidos de evolución convergente a nivel molecular. La misma disposición geométrica de residuos de tríada se presenta en más de 20 superfamilias de enzimas distintas . Cada una de estas superfamilias es el resultado de la evolución convergente para la misma disposición de tríada dentro de un plegamiento estructural diferente . Esto se debe a que existen formas productivas limitadas de disponer los tres residuos de tríada, el esqueleto de la enzima y el sustrato. Estos ejemplos reflejan las restricciones químicas y físicas intrínsecas de las enzimas, lo que lleva a la evolución a converger repetida e independientemente en soluciones equivalentes. [ 1 ] [ 2 ]

hidrolasas de cisteína y serina

Las mismas geometrías de tríada han convergido en proteasas de serina como las superfamilias de quimotripsina [ c ] y subtilisina . Una evolución convergente similar ha ocurrido con proteasas de cisteína como las superfamilias de la proteasa viral C3 y la papaína [ d ] . Estas tríadas han convergido a una disposición casi idéntica debido a las similitudes mecanísticas en los mecanismos de proteólisis de cisteína y serina . [ 2 ]

Familias de  proteasas de cisteína

Familias de serina  proteasas

proteasas de treonina

Las proteasas de treonina utilizan el aminoácido treonina como nucleófilo catalítico. A diferencia de la cisteína y la serina, la treonina es un hidroxilo secundario (es decir, tiene un grupo metilo). Este grupo metilo restringe considerablemente las posibles orientaciones de la tríada y el sustrato, ya que el metilo choca con la cadena principal de la enzima o con la base de histidina. [ 2 ] Cuando el nucleófilo de una proteasa de serina se mutó a treonina, el metilo ocupó una mezcla de posiciones, la mayoría de las cuales impedían la unión del sustrato. [ 77 ] En consecuencia, el residuo catalítico de una proteasa de treonina se encuentra en su extremo N- terminal. [ 2 ]

Se sabe que dos superfamilias de enzimas evolutivamente independientes con diferentes plegamientos proteicos utilizan el residuo N -terminal como nucleófilo: la superfamilia PB ( proteasomas que utilizan el plegamiento Ntn ) [ 35 ] y la superfamilia PE ( acetiltransferasas que utilizan el plegamiento DOM) [ 36 ]. Esta similitud en la estructura del sitio activo en plegamientos proteicos completamente diferentes indica que el sitio activo evolucionó de forma convergente en esas superfamilias. [ 2 ] [ 28 ]

Familias de  proteasas de treonina

Véase también

Referencias

Notas

  1. 1 2 3 4 TEV proteasa MEROPS : clan PA , familia C4
  2. 1 2 Proteasa del citomegalovirus MEROPS : clan SH , familia S21
  3. 1 2 3 Quimotripsina MEROPS : clan PA , familia S1
  4. 1 2 3 Papaína MEROPS : clan CA , familia C1
  5. ↑ Proteasa sedolisina MEROPS : clan SB , familia 53
  6. ↑ Proteasa de vasohibina MEROPS : clan CA
  7. 1 2 Proteasoma MEROPS : clan PB , familia T1
  8. 1 2 Ornitina aciltransferasas MEROPS : clan PE , familia T5
  9. ↑ Penicilina acilasa G MEROPS : clan PB , familia S45
  10. ↑ Penicilina acilasa V MEROPS : clan PB , familia C59
  11. ↑ amidofosforribosiltransferasa MEROPS : clan PB , familia C44
  12. ↑ Subtilisina MEROPS : clan SB , familia S8
  13. ↑ Prolil oligopeptidasa MEROPS : clan SC , familia S9

Citas

  1. 1 2 3 4 5 6 Dodson G, Wlodawer A (1998). "Tríadas catalíticas y sus parientes". Trends Biochem. Sci. 23 (9): 347– 52. doi : 10.1016/S0968-0004(98)01254-7 . PMID 9787641 . 
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Buller AR, Townsend CA (2013). "Restricciones evolutivas intrínsecas en la estructura de la proteasa, la acilación enzimática y la identidad de la tríada catalítica" . Proc . Natl. Acad. Sci. USA 110 (8): E653–61. Bibcode : 2013PNAS..110E.653B . doi : 10.1073/pnas.1221050110 . PMC 3581919. PMID 23382230 .  
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