Aconitasa

La aconitasa , también aconitato hidratasa (EC 4.2.1.3 ) es una enzima de la clase de las liasas que cataliza la reacción estereoespecífica de isomerización de citrato a isocitrato, mediante la formación de cis-aconitato en el ciclo de Krebs , sin un mecanismo redox [2] [3] [4] .

La aconitasa ocurre en todos los eucariotas y bacterias en el citosol . Los organismos multicelulares tienen una forma mitocondrial adicional (llamada aconitasa-2).

En los seres humanos, la aconitasa-1 está codificada por el gen ACO1 , que se encuentra en el brazo corto (brazo p) del noveno cromosoma . El gen ACO2 de la aconitasa-2 se localiza en el brazo largo (brazo q) del cromosoma 22 .

Estructura

La aconitasa se compone de cuatro dominios, tres de los cuales están estrechamente relacionados entre sí. El cuarto dominio, con otros tres, forma un bolsillo en el que se produce la catálisis. La actividad catalítica de la enzima depende de una conformación específica, de la cual son responsables el grupo hierro-azufre [4Fe-4S] y varios residuos de aminoácidos, que permiten la reacción estereoespecífica de la transferencia de una molécula de agua desde el citrato aquiral exclusivamente al isocitrato. .

La aconitasa mitocondrial contiene residuos de cisteína en las posiciones -385, -458 y -451, así como un grupo de hierro y azufre [4Fe-4S], que es fundamental para su actividad catalítica. En el estado inactivo, el cúmulo carece del cuarto átomo de hierro, que está débilmente enlazado e inicialmente tiene un número de coordinación de 4 (estructura tetraédrica): tres átomos de azufre y un ion de hidróxido (agua) como compañero de unión (ver figura). En la fase catalítica, el número de coordinación del átomo de hierro aumenta a 6 (estructura octaédrica), y luego se agrega un isocitrato adicional y otra molécula de agua [5] .

Funciones realizadas

A diferencia de la mayoría de las proteínas de hierro y azufre, que funcionan como transportadores de electrones, el grupo de aconitasa de hierro y azufre interactúa directamente con el sustrato de la enzima. La aconitasa tiene un grupo activo [Fe 4 S 4 ] 2+ , que se puede convertir a la forma inactiva [Fe 3 S 4 ] + . Se ha demostrado que tres residuos de cisteína (Cys) son ligandos para el centro [Fe 4 S 4 ]. En el estado activo, el ion de hierro lábil del grupo [Fe 4 S 4 ] no está coordinado por Cys, sino por moléculas de agua.

El grupo hierro-azufre es muy sensible a la acción del ion superóxido y es fácilmente oxidado por él.

Mecanismo de catálisis

La aconitasa utiliza el mecanismo de hidratación-deshidratación [6] . Los residuos catalíticos son His-101 y Ser-642 [6] . El residuo His-101 protona el grupo hidroxilo en el átomo C3 del citrato, este proceso permite que la molécula de agua se vaya, y la Ser-642 ataca simultáneamente al protón en C2, formando un doble enlace entre C2 y C3, lo que conduce a la formación de un intermedio cis-aconitato. En este momento, el intermedio resultante gira 180° y se produce la llamada “ transición de volteo ” [6] [7] [8] .

Es discutible cómo ocurre exactamente la transición del tirón. Una teoría es que en el paso limitante de la velocidad del mecanismo, el cis-aconitato se libera de la enzima y luego se vuelve a unir como isocitrato para completar la reacción. Otra hipótesis es que el cis-aconitato permanece unido a la enzima cuando la molécula de citrato cambia a la forma de isocitrato [8] [9] [6] .

En cualquier caso, el giro de 180° del cis-aconitato permite realizar las etapas de deshidratación e hidratación en lados opuestos del intermedio. La aconitasa cataliza la transeliminación/hidratación, y la transición flip garantiza la estructura estereoquímica correcta del intermedio. Para completar la reacción, los residuos de serina e histidina cambian sus funciones catalíticas originales: la histidina , al ser una base, separa un protón del agua, convirtiéndose así en un nucleófilo para atacar el átomo C2, y la serina protonada es desprotonada por doble cis-acónito, completando la reacción de hidratación con la formación de una molécula de isocitrato [6] .

Inhibición de la catálisis

Las moléculas de ácido fluoroacético o fluoroacetato se incorporan al ciclo de Krebs, se metabolizan a fluorocitrato, que tiene un fuerte efecto inhibidor sobre la aconitasa, bloqueando así el ciclo de Krebs.

Notas

1. ↑ AP 1ACO ; Lauble, H; Kennedy, MC; Beinert, H; Stout, CD Crystal Structures of Aconitasa with Trans-aconitate and Nitrocitrate Bound  //  Journal of Molecular Biology : diario. - 1994. - vol. 237 , núm. 4 . - Pág. 437-451 . -doi : 10.1006/ jmbi.1994.1246 . — PMID 8151704 .
2. ↑ Beinert H., Kennedy MC Aconitasa, una proteína de dos caras: enzima y factor regulador del hierro  //  The FASEB Journal : diario. — Federación de Sociedades Americanas de Biología Experimental, 1993. — Diciembre ( vol. 7 , no. 15 ). - P. 1442-1449 . —PMID 8262329 .
3. ↑ Pedernal, Dennis H.; Allen, Ronda M. Proteínas de hierro y azufre con funciones no redox  // Revisiones  químicas : diario. - 1996. - vol. 96 , núm. 7 . - Pág. 2315-2334 . -doi : 10.1021/ cr950041r .
4. ↑ Beinert H., Kennedy MC, Stout CD Aconitasa como signo de Ironminus Proteína de azufre, enzima y proteína reguladora de hierro   // Chemical Reviews : diario. - 1996. - noviembre ( vol. 96 , no. 7 ). - Pág. 2335-2374 . doi : 10.1021 / cr950040z . — PMID 11848830 .
5. ↑ Robbins AH, Stout CD Estructura de la aconitasa activada: formación del grupo [4Fe-4S] en el cristal  // Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América  : revista  . - 1989. - mayo ( vol. 86 , n. 10 ). - Pág. 3639-3643 . — PMID 2726740 .
6. ↑ 1 2 3 4 5 Takusagawa F. Capítulo 16: Ciclo del ácido cítrico . Nota de Takusagawa . La Universidad de Kansas. Fecha de acceso: 10 de julio de 2011. Archivado desde el original el 24 de marzo de 2012. (indefinido)
7. ↑ Beinert H., Kennedy MC, Stout CD Aconitasa como signo de Ironminus Proteína de azufre, enzima y proteína reguladora de hierro   // Chemical Reviews : diario. - 1996. - noviembre ( vol. 96 , no. 7 ). - Pág. 2335-2374 . doi : 10.1021 / cr950040z . — PMID 11848830 . Archivado desde el original el 11 de agosto de 2011.
8. ↑ 1 2 Lauble H., Stout CD Características estéricas y conformacionales del mecanismo de la aconitasa  //  Proteins : journal. - 1995. - mayo ( vol. 22 , n. 1 ). - P. 1-11 . -doi : 10.1002/ prot.340220102 . — PMID 7675781 .
9. ↑ Familia de las aconitasas . Los grupos protésicos y los iones metálicos en la base de datos de sitios activos de proteínas, versión 2.0 . La Universidad de Leeds (2 de febrero de 1999). Consultado el 10 de julio de 2011. Archivado desde el original el 8 de junio de 2011. (indefinido)

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