Fluorinasa

La enzima fluorinasa ( EC 2.5.1.63 , también conocida como adenosil-fluoruro sintasa) cataliza la reacción entre el ion fluoruro y el cofactor S -adenosil-L-metionina (SAM) para generar L-metionina y 5'-fluoro-5'-desoxiadenosina , el primer producto comprometido de la vía de biosíntesis de fluorometabolitos. ^{[ 1 ]} La fluorinasa se aisló originalmente de la bacteria del suelo Streptomyces cattleya , pero desde entonces se han identificado homólogos en varias otras especies bacterianas, incluidas Streptomyces sp. MA37, Nocardia brasiliensis y Actinoplanes sp. N902-109. ^{[ 2 ]} Esta es la única enzima conocida capaz de catalizar la formación de un enlace carbono-flúor, el enlace simple más fuerte en química orgánica. ^{[ 3 ]}

Se ha aislado una enzima clorinasa homóloga , que cataliza la misma reacción con iones cloruro en lugar de fluoruro, de Salinospora tropica , de la vía biosintética de la salinosporamida A. ^{[ 4 ]}

La fluorinasa cataliza una sustitución nucleofílica de tipo S _N 2 en la posición C-5' de SAM, mientras que la L-metionina actúa como un grupo saliente neutro. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Se estima que la reacción catalizada por fluorinasa es entre 10 ^{6 [ 6 ]} y 10 ^{15 [ 7 ]} veces más rápida que la reacción no catalizada, un aumento significativo de la velocidad. A pesar de esto, la fluorinasa todavía se considera una enzima lenta, con un número de recambio ( k _cat ) de 0,06 min ⁻¹ . ^{[ 8 ]} La alta barrera cinética para la reacción se atribuye a la fuerte solvatación del ion fluoruro en agua, lo que resulta en una alta energía de activación asociada con la eliminación de moléculas de agua de solvatación del ion fluoruro acuoso, convirtiendo el fluoruro en un nucleófilo potente dentro del sitio activo.

La reacción catalizada por la fluorinasa es reversible, y tras la incubación de 5'-fluoro-5'-desoxiadenosina y L-metionina con la fluorinasa, se producen SAM e iones fluoruro. ^{[ 9 ]} La sustitución de L-metionina por L-selenometionina produce un aumento de 6 veces en la velocidad de la reacción inversa, ^{[ 9 ]} debido a la mayor nucleofilicidad del centro de selenio en comparación con el centro de azufre.

La fluorinasa muestra cierto grado de tolerancia al sustrato para el ion haluro, y también puede usar el ion cloruro en lugar del ion fluoruro. Mientras que el equilibrio de la reacción entre SAM y el ion fluoruro se desplaza hacia los productos FDA y L-metionina, la posición del equilibrio se invierte en el caso del ion cloruro. La incubación de SAM y el ion cloruro con la fluorinasa no produce 5'-cloro-5'-desoxiadenosina (ClDA), a menos que se agregue una enzima adicional, una L- aminoácido oxidasa . La aminoácido oxidasa elimina la L-metionina de la reacción, convirtiéndola en el oxoácido correspondiente.

La preferencia por los haluros, junto con la posición de los dos equilibrios de reacción, permite que la enzima catalice una reacción neta de transhalogenación. ^{[ 9 ]} La incubación de nucleósidos 5'-cloro con la enzima, junto con L-selenometionina o L-metionina catalítica, da como resultado la producción de nucleósidos 5-fluoro. Cuando se utiliza fluoruro [ ¹⁸ F], esta reacción de transhalogenación puede emplearse para la síntesis de radiotrazadores para tomografía por emisión de positrones . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

A finales de 2007, se habían resuelto 9 estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso PDB PDB : 1RQP ​,PDB : 1RQR ​,PDB : 2C2W ​,PDB : 2C4T ​,PDB : 2C4U ​,PDB : 2C5B ​,PDB : 2C5H ​,PDB : 2CBX​ yPDB : 2CC2 ​.

Los nombres que recibe la enzima no provienen de su estructura, sino de su función: la molécula sintetizada es la 5-fluoro-5-desoxiadenosina. Su estructura es homóloga a la de la serie de enzimas duf-62 . La enzima es un dímero de trímeros (dos moléculas, cada una con tres subunidades). Los sitios activos se localizan entre estas subunidades (interfaces de subunidades), y cada una puede unirse a una molécula de SAM a la vez. ^{[ 12 ]}

• enlace carbono-flúor
• Organofluorado