Hispanopedia WikiEn enzimología , una maleato isomerasa ( EC 5.2.1.1), o maleato cis-tran isomerasa, es un miembro de la superfamilia de las racemasas Asp/Glu descubiertas en bacterias. Es responsable de catalizar la isomerización cis-trans del doble enlace C2-C3 en el maleato para producir fumarato , [1] que es un intermediario crítico en el ciclo del ácido cítrico . [2] La presencia de un mercaptano exógeno es necesaria para que se produzca la catálisis. [3]
Ilustración de la isomerización global catalizada por la maleato isomerasa
La maleato isomerasa participa en el metabolismo del butanoato y del nicotinato y la nicotinamida . [4] Es una enzima esencial para el último paso de la vía de degradación metabólica del ácido nicotínico . Recientemente, la maleato isomerasa ha sido un objetivo industrial para la degradación de los desechos del tabaco. [5] [6] También ha recibido atención por su participación en la producción de ácido aspártico y ácido maleico . [7] [8] [9]
La maleato isomerasa ha sido utilizada por múltiples especies de bacterias, incluidas Pseudomonas fluorescens , [3] Alcaligenes faecalis , [10] Bacillus stearothermophilus , [11] Serratia marcescens [8] , Pseudomonas putida [12] y Nocardia farcinica . [1] [5] La enzima tiene un peso molecular de 74.000 y un número de recambio de 1.800 moles por mol de proteína por minuto. [3]
Estructura
De manera análoga a otros miembros de la racemasa Asp/Glu, la maleato isomerasa está formada por dos protómeros idénticos , con una superficie de dimerización plana. [13] [14] Cada protómero de la maleato isomerasa tiene dos dominios conectados por una simetría pseudo-doble, y cada dominio contribuye con una cisteína catalítica, que es crucial para la actividad de la isomerasa en el sitio activo. [5] El experimento muestra que la sustitución de cualquiera de las cisteínas por serina reduce significativamente la velocidad de reacción de la enzima. [1]
Además de las cisteínas catalíticas, algunos otros residuos en el sitio activo son importantes para el reconocimiento del sustrato y ayudan a estabilizar los intermediarios de reacción. [5] [1] Por ejemplo, la maleato isomerasa de Pseudomonas putida S16 utiliza Asn17 y Asn169 para formar enlaces de hidrógeno con el grupo carboxilato del maleato distal a Cys82. [5] Tyr139 forma enlaces de hidrógeno con el grupo carboxilato del maleato proximal a Cys82. [5] Pro14 y Val84 realizan interacciones de van der Waals con los átomos de carbono C2 y C3 del maleato. [5]
Mecanismo
Se considera que el mecanismo de la maleato isomerasa es similar al de otros miembros de la racemasa Asp/Glu, aunque no se ha comprendido completamente. Un mecanismo de reacción propuesto para la maleato isomerasa de Nocardia farcinia es el siguiente. [1] [9] En el sitio activo de la maleato isomerasa, Cys76 se desprotona primero para actuar más fácilmente como nucleófilo. [1] El átomo de azufre de la Cys76 desprotonada luego lleva a cabo un ataque nucleofílico directo al átomo C2 del maleato, uniéndose covalentemente al átomo C2. [9] [1] Al mismo tiempo, el protón tiol de Cys194 se transfiere al átomo C3 del maleato para formar un intermediario succinil-cisteína. [9] [1] Luego, el enlace simple C2–C3 recién formado se rota, con el enlace Cys76S–C2 disociado y el átomo C3 del maleato desprotonado por Cys194, formándose así fumarato con regeneración de un Cys194 neutro. [9] [1] En ciertos tipos de bacterias, el maleato parece estar completamente enterrado dentro de la cavidad de la maleato isomerasa y no se puede ver en la superficie de la enzima. [5]
Relevancia industrial
La maleato isomerasa se puede utilizar para producir ácido fumárico, un material fundamental para las reacciones de polimerización y esterificación , a partir de la isomerización del ácido maleico. [7] El ácido maleico se produce a partir del anhídrido maleico . [7]
El ácido maleico también se puede convertir en ácido fumárico mediante isomerización cis - trans térmica o catalítica . [15] [16] Sin embargo, estos métodos de conversión se producen a altas temperaturas que provocan la formación de subproductos a partir de los ácidos maleico y fumárico, como resultado, los rendimientos están por debajo de los rendimientos de equilibrio. [17] Este problema fue la principal motivación para la estrategia enzimática alternativa con maleato isomerasa que facilitaría la isomerización sin subproductos. [7]
Se sabe que, incluso a temperaturas moderadas, la maleato isomerasa natural es inestable. [18] Por esa razón, se diseñan y aplican maleato isomerasas termoestables. [7] Por ejemplo, se utilizaron maleato isomerasas termoestables derivadas de Bacillus stearothermophilus, Bacillus brevis y Bacillus sporothermodurans para mejorar el proceso. [7] [17] En un estudio que utilizó Pseudomonas alcaligenes XD-1, la tasa de conversión de ácido maleico en ácido fumárico podría alcanzar un 95%. [19] [20] [7]
Referencias
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