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Articulo de referencia

Riboflavina sintasa

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La riboflavina sintasa es una enzima que cataliza la reacción final de la biosíntesis de riboflavina . Cataliza la transferencia de una unidad de cuatro carbonos de una molécula de 6,7-dimetil-8-ribitilumazina a otra, lo que da como resultado la síntesis de riboflavina y 5-amino-6-ribitilaminouracilo .

(2) 6,7-dimetil-8-ribitilumazina → riboflavina + 5-amino-6-ribitilaminouracilo

Estructura

El monómero de la riboflavina sintasa tiene un peso molecular de aproximadamente 23 kDa. Cada monómero contiene dos barriles beta y una hélice α en el extremo C (residuos 186-206). El monómero se pliega en una simetría pseudo doble, predicha por la similitud de secuencia entre el barril del extremo N (residuos 4-86) y el barril del extremo C (residuos 101-184). [ 1 ] La interfaz entre estos barriles de dos subunidades diferentes es la ubicación del sitio activo . [ 3 ] La enzima de diferentes especies adopta diferentes estructuras cuaternarias , que contienen hasta 120 subunidades. [ 4 ]

La riboflavina sintasa de las arqueas se forma como un homopentámero , mientras que la riboflavina sintasa de las eubacterias , los hongos y las plantas existe como un homotrímero. Sus secuencias no están relacionadas en absoluto; la enzima de las arqueas es paráloga de la 6,7-dimetil-8-ribitilumazina sintasa . [ 3 ] Las reacciones catalizadas por estos dos tipos de riboflavina sintasa proceden a través de intermediarios "enantioméricos". [ 3 ]

Sitio activo

Dos moléculas de 6,7-dimetil-8-ribitilumazina (sintetizada por la lumazina sintasa ) están unidas por enlaces de hidrógeno a cada monómero, ya que los dos dominios son topológicamente similares. [ 5 ] El sitio activo se encuentra en la interfaz de los sustratos entre pares de monómeros y se han creado estructuras modeladas del dímero del sitio activo. [ 2 ] Solo uno de los sitios activos de la enzima cataliza la formación de riboflavina a la vez, ya que los otros dos sitios se orientan hacia afuera y están expuestos al solvente . [ 1 ] Se muestran los residuos de aminoácidos involucrados en el enlace de hidrógeno con el ligando ; los residuos participantes pueden incluir Thr148, Met160, Ile162, Thr165, Val6, Tyr164, Ser146 y Gly96 en el dominio C-terminal y Ser41, Thr50, Gly 62, Ala64, Ser64, Val103, Cys48, His102 en el dominio N-terminal. [ 3 ]

Mecanismo

No se necesitan cofactores para la catálisis. Además, la formación de riboflavina a partir de 6,7-dimetil-8-ribitilumazina puede ocurrir en solución acuosa hirviendo en ausencia de riboflavina sintasa. [ 6 ] La reacción es la siguiente:

(2) 6,7-dimetil-8-ribitilumazina → riboflavina + 5-amino-6-ribitilaminouracilo

En la interfaz del sustrato entre pares de monómeros, la enzima mantiene las dos moléculas de 6,7-dimetil-8-ribitilumazina en posición mediante enlaces de hidrógeno para catalizar la reacción de dismutación . [ 6 ] Adicionalmente, se ha sugerido la catálisis ácido/base por los residuos de aminoácidos. Los residuos específicos pueden incluir la díada His102/Thr148 como base para la desprotonación del grupo metilo C7a . De la díada, His102 es del barril N y Thr148 es del barril C, lo que resalta la importancia de la proximidad de las dos subunidades de la enzima en las etapas iniciales de la reacción. [ 7 ] También se ha sugerido que la identidad del nucleófilo es uno de los siguientes residuos conservados: Ser146, Ser41, Cys48 o Thr148, o agua en la reacción no catalizada. [ 1 ] En los estudios sobre el papel de Cys48 como posible nucleófilo, no se ha determinado si el desplazamiento nucleofílico ocurre a través de una reacción SN1 o SN2 . [ 7 ]

Durante la reacción de dismutación, se intercambia una unidad de cuatro carbonos entre las dos moléculas de 6,7-dimetil-8-ribitilumazina. En el transcurso de la reacción, se crea una molécula pentacíclica que luego se descompone en riboflavina y 5-amino-6-ribitilamino-2,4(1H , 3H ) -pirimidindiona. Curiosamente, la riboflavina sintasa de arqueas crea un intermedio "enantiomérico" a diferencia de la riboflavina sintasa de eubacterias, hongos y plantas, donde el ataque de una molécula procede desde la cara opuesta en comparación con la otra enzima. [ 3 ] Se desconoce el mecanismo exacto de la formación del aducto cíclico. También se desconoce cómo procede exactamente el mecanismo cuando no está catalizado por una enzima. [ 3 ]

Producción de fármacos

Los científicos han planteado la hipótesis de que las enzimas implicadas en la vía de biosíntesis de la riboflavina, incluida la riboflavina sintasa, pueden utilizarse para desarrollar fármacos antibacterianos para tratar infecciones causadas por bacterias Gram negativas y levaduras . Esta hipótesis se basa en la incapacidad de las bacterias Gram negativas, como E. coli y S. typhimurium , para absorber riboflavina del medio externo. [ 3 ] [ 8 ] Dado que las bacterias Gram negativas necesitan producir su propia riboflavina, la inhibición de la riboflavina sintasa u otras enzimas implicadas en la vía podría ser una herramienta útil para el desarrollo de fármacos antibacterianos.

El inhibidor más potente de la riboflavina sintasa es la 9- D- ribitil-1,3,7-trihidropurina-2,6,8-triona, con un valor de K i de 0,61 μM. Se cree que actúa mediante inhibición competitiva con la 6,7-dimetil-8-ribitilumazina. [ 8 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 PDB : 1i8d ​;Liao DI, Wawrzak Z, Calabrese JC, Viitanen PV, Jordan DB (mayo de 2001). "Estructura cristalina de la riboflavina sintasa" . Structure . 9 (5): 399– 408. doi : 10.1016/S0969-2126(01)00600-1 . PMID 11377200 . 
  2. 1 2 3 4 PDB : 1kzl ​;Gerhardt S, Schott AK, Kairies N, Cushman M, Illarionov B, Eisenreich W, Bacher A, Huber R, Steinbacher S, Fischer M (octubre de 2002). "Estudios sobre el mecanismo de reacción de la riboflavina sintasa: estructura cristalina por rayos X de un complejo con 6-carboxietil-7-oxo-8-ribitilumazina" . Structure . 10 (10): 1371– 81. doi : 10.1016/S0969-2126(02)00864-X . PMID 12377123 . 
  3. 1 2 3 4 5 6 7 Fischer M, Bacher A (junio de 2008). "Biosíntesis de vitamina B2: Estructura y mecanismo de la riboflavina sintasa". Arch. Biochem. Biophys . 474 (2): 252– 65. doi : 10.1016/j.abb.2008.02.008 . PMID 18298940 . 
  4. ↑ "EC 2.5.1.9" . ebi.ac.uk . Consultado el 28-11-2021 .
  5. ^ Fischer M, Schott AK, Kemter K, Feicht R, Richter G, Illarionov B, Eisenreich W, Gerhardt S, Cushman M, Steinbacher S, Huber R, Bacher A (diciembre de 2003). "Riboflavina sintasa de Schizosaccharomyces pombe. Dinámica de proteínas revelada por experimentos de perturbación de proteínas de RMN 19F" . BMC Bioquímica . 4 18.doi : 10.1186/ 1471-2091-4-18 . PMC 337094 . PMID 14690539 .  
  6. 1 2 Bacher A, Eberhardt S, Fischer M, Kis K, Richter G (2000). "Biosíntesis de vitamina b2 (riboflavina)". Annu. Rev. Nutr . 20 : 153– 67. doi : 10.1146/annurev.nutr.20.1.153 . PMID 10940330 . 
  7. 1 2 Zheng YJ, Jordan DB, Liao DI (agosto de 2003). "Examen de un intermedio de reacción en el sitio activo de la riboflavina sintasa". Bioorg. Chem . 31 (4): 278– 87. doi : 10.1016/S0045-2068(03)00029-4 . PMID 12877878 . 
  8. 1 2 Cushman M, Yang D, Kis K, Bacher A (diciembre de 2001). "Diseño, síntesis y evaluación de 9-D-ribitil-1,3,7-trihidro-2,6,8-purinetriona, un potente inhibidor de la riboflavina sintasa y la lumazina sintasa". J. Org. Chem . 66 (25): 8320–7 . doi : 10.1021/jo010706r . PMID 11735509 .