procolágeno-prolina dioxigenasa

^La procolágeno-prolina dioxigenasa , comúnmente conocida como prolil hidroxilasa , pertenece a la clase de enzimas denominadas hidroxilasas dependientes de α-cetoglutarato . Estas enzimas catalizan la incorporación de oxígeno a sustratos orgánicos mediante un mecanismo que requiere ácido α-cetoglutárico , Fe²⁺ y ascorbato . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Esta enzima en particular cataliza la formación de ( 2S , 4R ) -4-hidroxiprolina , un compuesto que representa la modificación postraduccional más frecuente en el proteoma humano . ^{[ 3 ]}

La procolágeno-prolina dioxigenasa cataliza la siguiente reacción:

L-prolina

 

Fe(IV)=O

Fe(II)

 

 

 

hidroxiprolina

El mecanismo de la reacción es similar al de otras dioxigenasas y ocurre en dos etapas distintas: ^{[ 3 ]} En la primera, se produce una especie Fe(IV)=O altamente reactiva . El oxígeno molecular se une de extremo a extremo en una posición axial, produciendo una unidad de dioxígeno. El ataque nucleofílico sobre C2 genera un intermedio tetraédrico, con pérdida del doble enlace en la unidad de dioxígeno y enlaces al hierro y al carbono alfa del 2-oxoglutarato. La eliminación subsiguiente de CO2 _coincide con la formación de la especie Fe(IV)=O. La segunda etapa implica la abstracción del átomo de hidrógeno pro - R del C-4 del sustrato prolina, seguida de una combinación de radicales , que produce hidroxiprolina. ^{[ 4 ]}

Como consecuencia del mecanismo de reacción, una molécula de 2-oxoglutarato se descarboxila , formando succinato. Este succinato se hidroliza y se reemplaza por otro 2-oxoglutarato después de cada reacción, y se ha concluido que en presencia de 2-oxoglutarato, el Fe²⁺ unido a la enzima ^se convierte rápidamente en Fe³⁺ ^, lo que lleva a la inactivación de la enzima. ^{[ 5 ]} El ascorbato se utiliza como cofactor para reducir el Fe³⁺ ^de nuevo a ^Fe²⁺ . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

ácido 2-oxoglutárico

 

[O]

CO2_​

 

 

 

ácido succínico

La prolil hidroxilasa es un tetrámero con dos subunidades únicas. ^{[ 8 ]} La subunidad α es de 59 kDa y es responsable tanto de la unión del péptido como de la actividad catalítica. ^{[ 9 ]} El dominio de unión del péptido abarca los residuos 140-215 de la subunidad α, ^{[ 10 ]} y consiste en una superficie cóncava revestida de múltiples residuos de tirosina que interactúan favorablemente con el sustrato rico en prolina. El sitio activo consiste en Fe ²⁺ unido a dos residuos de histidina y un residuo de aspartato , una característica compartida por la mayoría de las dioxigenasas dependientes de 2-oxoglutarato. La subunidad β de 55 kDa es responsable de la localización y retención de la enzima en el retículo endoplasmático . ^{[ 11 ]} Esta subunidad es idéntica a la enzima conocida como proteína disulfuro isomerasa . ^{[ 12 ]}

La prolil hidroxilasa cataliza la formación de hidroxiprolina. Esta modificación tiene un impacto significativo en la estabilidad del colágeno , el principal tejido conectivo del cuerpo humano. ^{[ 13 ]} Específicamente, la hidroxilación aumenta la temperatura de fusión (T _m ) del colágeno helicoidal en 16  °C, en comparación con el colágeno no hidroxilado, ^{[ 14 ]} una diferencia que permite que la proteína sea estable a la temperatura corporal. Debido a la abundancia de colágeno (aproximadamente un tercio de la proteína total) en los humanos y a la alta frecuencia de esta modificación en el colágeno, la hidroxiprolina es cuantitativamente la modificación postraduccional más abundante en los humanos. ^{[ 15 ]}

La enzima actúa específicamente sobre la prolina contenida en el motivo X-Pro-Gly, donde Pro representa la prolina. Debido a este comportamiento específico del motivo, la enzima también actúa sobre otras proteínas que contienen esta misma secuencia. Dichas proteínas incluyen C1q , ^{[ 16 ]} elastinas , ^{[ 17 ]} PrP , ^{[ 18 ]} Argonaute 2 , ^{[ 19 ]} y conotoxinas , ^{[ 20 ]} entre otras.

Como la prolil hidroxilasa requiere ascorbato como cofactor para funcionar, ^{[ 5 ]} su ausencia compromete la actividad de la enzima. La consiguiente disminución de la hidroxilación conduce a la enfermedad conocida como escorbuto . Dado que la estabilidad del colágeno se ve comprometida en los pacientes con escorbuto, los síntomas incluyen debilitamiento de los vasos sanguíneos que causa púrpura , petequias y sangrado gingival.

El factor inducible por hipoxia (HIF) es un factor de transcripción conservado evolutivamente ^{[ 21 ]} que permite a la célula responder fisiológicamente a las disminuciones de oxígeno. ^{[ 22 ]} Se ha identificado una clase de prolil hidroxilasas que actúan específicamente sobre HIF; ^{[ 23 ]} la hidroxilación de HIF permite que la proteína sea dirigida para su degradación. ^{[ 23 ]} La prolil-hidroxilasa HIF ha sido el objetivo de una variedad de inhibidores que buscan tratar el accidente cerebrovascular , ^{[ 24 ]} la enfermedad renal, ^{[ 25 ]} la isquemia , ^{[ 26 ]} la anemia , ^{[ 27 ]} y otras enfermedades importantes.

• hidroxilasa de protocolágeno
• Prolil hidroxilasa
• Prolil 4-hidroxilasa
• prolil hidroxilasa de protocolágeno

• Procolágeno-prolina+dioxigenasa en los Encabezamientos de Materia Médica (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Dominio de Fe(2+) 2-oxoglutarato dioxigenasa en PROSITE