DAHP sintasa

La 3-desoxi-D-arabinoheptulosonato 7-fosfato ( DAHP ) sintasa ( EC 2.5.1.54 ) es la primera enzima en una serie de reacciones metabólicas conocidas como la vía del shikimato , responsable de la biosíntesis de los aminoácidos fenilalanina , tirosina y triptófano . Al ser la primera enzima de la vía del shikimato, controla la cantidad de carbono que ingresa a la misma. La inhibición enzimática es el método principal para regular dicha cantidad. ^{[ 2 ]} Las formas de esta enzima difieren entre organismos, pero pueden considerarse DAHP sintasa según la reacción que cataliza:

fosfoenolpiruvato + D-eritrosa 4-fosfato + H ₂ O${\displaystyle \rightleftharpoons }$3-desoxi-D-arabino-hept-2-ulosonato 7-fosfato + fosfato

Los tres sustratos de esta enzima son fosfoenolpiruvato , D-eritrosa 4-fosfato y agua. Sus productos son 3-desoxi-D-arabino-hept-2-ulosonato 7-fosfato y ortofosfato .

Esta enzima pertenece a la familia de las transferasas , específicamente a aquellas que transfieren grupos arilo o alquilo distintos de los grupos metilo. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es fosfoenolpiruvato:D-eritrosa-4-fosfato C-(1-carboxivinil)transferasa (hidroliza fosfato, forma 2-carboxi-2-oxoetilo). Otros nombres de uso común incluyen 2-dehidro-3-desoxi-fosfoheptonato aldolasa, 2-ceto-3-desoxi-D-arabino-heptonato ácido 7-fosfato sintetasa, 3-desoxi-D-arabino-2-heptulosónico ácido 7-fosfato sintetasa, 3-desoxi-D-arabino-heptolosonato-7-fosfato sintetasa, 3-desoxi-D-arabino-heptulosonato 7-fosfato sintetasa, 7-fosfo-2-ceto-3-desoxi-D-arabino-heptonato D-eritrosa-4-fosfato, liasa (piruvato-fosforilante), 7-fosfo-2-dehidro-3-desoxi-D-arabino-heptonato, D-eritrosa-4-fosfato liasa (piruvato-fosforilante), D-eritrosa-4-fosfato-liasa, D-eritrosa-4-fosfato-liasa (fosforiladora de piruvato), DAH7-P sintasa, DAHP sintasa, DS-Co, DS-Mn, KDPH sintasa, KDPH sintetasa, desoxi-D-arabino-heptulosonato-7-fosfato sintetasa, fosfo-2-dehidro-3-desoxiheptonato aldolasa, fosfo-2-ceto-3-desoxiheptanoato aldolasa, fosfo-2-ceto-3-desoxiheptonato aldolasa, fosfo-2-ceto-3-desoxiheptónico aldolasa y fosfo-2-oxo-3-desoxiheptonato aldolasa.

La función principal de la DAHP sintasa es catalizar la reacción del fosfoenolpiruvato y la D-eritrosa 4-fosfato para formar DAHP y fosfato . La DAHP sintasa es la primera enzima que actúa en la vía del shikimato en microorganismos, hongos y plantas. Una serie de mecanismos catalíticos dan como resultado la producción de aminoácidos aromáticos necesarios para el metabolismo. Sin embargo, otra función biológica de la enzima es regular la cantidad de carbono que ingresa a la vía del shikimato. Esto se logra principalmente a través de dos métodos diferentes: la inhibición por retroalimentación y el control transcripcional. ^{[ 2 ]} La inhibición por retroalimentación y el control transcripcional son mecanismos de regulación del carbono en bacterias, pero el único mecanismo de regulación encontrado en la DAHP sintasa en plantas es el control transcripcional. ^{[ 2 ]}

En Escherichia coli , una especie de bacteria, la DAHP sintasa se encuentra como tres isoenzimas , cada una de las cuales es sensible a uno de los aminoácidos producidos en la vía del shikimato. ^{[ 3 ]} En un estudio de la DAHP sintasa sensible a la tirosina en E. coli, se determinó que la enzima es inhibida por la tirosina a través de una inhibición no competitiva con respecto al fosfoenolpiruvato , el primer sustrato de la reacción catalizada por la DAHP sintasa, mientras que la enzima es inhibida por la tirosina a través de una inhibición competitiva con respecto al D-eritrosa 4-fosfato, el segundo sustrato de la reacción catalizada por la DAHP sintasa cuando la concentración de tirosina es superior a 10 μM. ^{[ 3 ]} También se determinó que la enzima es inhibida por fosfato inorgánico a través de inhibición no competitiva con respecto a ambos sustratos y es inhibida por DAHP a través de inhibición competitiva con respecto al fosfoenolpiruvato e inhibición no competitiva con respecto a la D-eritrosa 4-fosfato. ^{[ 3 ]} La fenilalanina también es un inhibidor de retroalimentación de la DAHPS, ya que se produce aguas abajo en la vía del shikimato. ^{[ 4 ]} Los estudios de inhibición por producto han demostrado que el fosfoenolpiruvato es el primer sustrato en unirse al complejo enzimático, el fosfato inorgánico es el primer producto en disociarse del complejo enzimático. ^{[ 3 ]} Por lo tanto, la cantidad de carbono que ingresa a la vía del shikimato puede controlarse inhibiendo a la DAHP sintasa para que no catalice la reacción que forma DAHP.

El flujo de carbono hacia la vía del shikimato en las plantas está regulado por control transcripcional. ^{[ 3 ]} Este método también se encuentra en bacterias, pero la inhibición por retroalimentación es más frecuente. ^{[ 2 ]} En las plantas, a medida que progresan en el ciclo de crecimiento, la actividad de la DAHP sintasa cambia. ^{[ 2 ]}

Dado que la DAHP sintasa es necesaria para la producción de aminoácidos aromáticos esenciales como la tirosina, la fenilalanina y el triptófano, y estos aminoácidos son necesarios para la síntesis de proteínas, sin una DAHP sintasa funcional, la célula no tendrá recursos suficientes para sintetizar proteínas. El uso clínico de inhibidores de la vía del shikimato en bacterias controla o ralentiza el crecimiento de parásitos. La inhibición podría actuar como antimicrobiano contra parásitos específicos como Toxoplasma gondii , Plasmodium falciparum y Cryptosporidium parvum .

Un estudio sobre la oxima de DAHP reveló que es un buen inhibidor de la DAHP sintasa y puede emplearse con fines antimicrobianos. La oxima de DAHP se considera un análogo del fosfato, lo que significa que se asemeja a la distribución de átomos y electrones de un grupo fosfato. Debido a que la oxima de DAHP imita al grupo fosfato, puede ocupar el espacio del sitio activo de manera similar. Las interacciones entre dos moléculas de agua y tres aminoácidos del sitio activo (R165, R2234 y K181) permitieron que el inhibidor ocupara los residuos del sitio activo en la DAHP sintasa. La estabilización del estado de transición aumenta la afinidad por el inhibidor, inhibiendo eficazmente el funcionamiento de la DAHP sintasa. También se descubrió que la oxima de DAHP compite con el cofactor ion manganeso. Cuando la oxima de DAHP se unía, el manganeso no podía unirse. Los investigadores continúan estudiando métodos de inhibición de la vía del shikimato para prevenir el crecimiento de microbios parásitos. La inhibición de la primera enzima de esta vía metabólica impediría la síntesis de aminoácidos vitales, deteniendo la producción de proteínas y ralentizando el crecimiento.

Se requieren iones metálicos para que la DAHP sintasa catalice reacciones. ^{[ 2 ]} En la DAHP sintasa, se ha demostrado que el sitio de unión contiene patrones de residuos de cisteína e histidina unidos a iones metálicos de forma Cys-XX-His. ^{[ 2 ]}

Se ha demostrado que, en general, las DAHP sintasas requieren un cofactor de ion metálico bivalente para que la enzima funcione correctamente. ^{[ 5 ]} Los iones metálicos que pueden funcionar como cofactores incluyen Mn ²⁺ , Fe ²⁺ , Co ²⁺ , Zn ²⁺ , Cu ²⁺ , y Ca ²⁺ . ^{[ 5 ]} Los estudios han sugerido que un ion metálico se une a cada monómero de la DAHP sintasa. ^{[ 5 ]}

La reacción catalizada por la DAHP sintasa se muestra a continuación.

La estructura cuaternaria de la DAHP sintasa consta de dos dímeros fuertemente unidos , lo que significa que la DAHP sintasa es un tetrámero . ^{[ 4 ]}

A la derecha se muestra una imagen de la DAHP sintasa que ilustra su estructura cuaternaria. Esta imagen revela que la DAHP sintasa está compuesta por dos dímeros fuertemente unidos. Cada una de las cadenas monoméricas está coloreada de forma diferente.

Debajo de la primera imagen a la derecha se muestra una imagen de la DAHP sintasa que también revela su estructura cuaternaria; sin embargo, esta imagen está representada en forma de caricatura. En esta vista, cada uno de los cuatro monómeros aparece coloreado de forma diferente. Además, esta vista también permite visualizar las estructuras secundaria y terciaria. Como se observa, dos de los monómeros presentan láminas beta que interactúan en un lado de la enzima, mientras que los otros dos monómeros las presentan en el lado opuesto.

^{[ 6 ]} ==Estudios estructurales==

A finales de 2007, se habían resuelto cuatro estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso PDB : PDB : 1RZM ,PDB : 1VR6 ,PDB : 1VS1 yPDB : 2B7O .