Cistationina gamma-liasa
| cistationina γ-liasa | |||||||||
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 Metabolismo de la cisteína. La cistationasa cataliza la reacción inferior. | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| N.º CE | 4.4.1.1 | ||||||||
| N.º CAS | 9012-96-8 | ||||||||
| Bases de datos | |||||||||
| IntEnz | Vista de IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Entrada de BRENDA | ||||||||
| Expasí | Vista de NiceZyme | ||||||||
| BARRIL | Entrada de KEGG | ||||||||
| MetaCiclo | vía metabólica | ||||||||
| PRIAMO | perfil | ||||||||
| Estructuras del PDB | RCSB AP APBE APSUMA | ||||||||
| Ontología genética | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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| cistationasa (cistationina γ-liasa) | |||||||
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| Identificadores | |||||||
| Símbolo | CTH | ||||||
| Gen NCBI | 1491 | ||||||
| HGNC | 2501 | ||||||
| OMI | 607657 | ||||||
| Secuencia de referencia | NM_001902 | ||||||
| Protección unificada | P32929 | ||||||
| Otros datos | |||||||
| Número CE | 4.4.1.1 | ||||||
| Lugar | Crónica 1, pág. 31.1 | ||||||
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La enzima cistationina γ-liasa (EC 4.4.1.1, CTH o CSE ; también cistationasa ; nombre sistemático L -cistationina cisteína-liasa (desaminante; formadora de 2-oxobutanoato) ) descompone la cistationina en cisteína , 2-oxobutanoato ( α-cetobutirato ) y amoníaco :
- L -cistationina + H2O = L -cisteína + 2-oxobutanoato + NH3 ( reacción global)
- (1a) L -cistationina = L -cisteína + 2-aminobut-2-enoato
- (1b) 2-aminobut-2-enoato = 2-iminobutanoato (espontáneo)
- (1c) 2-iminobutanoato + H 2 O = 2-oxobutanoato + NH 3 (espontáneo)
El fosfato de piridoxal es un grupo prostético de esta enzima. [1] [2] [3]
La cistationina γ-liasa también cataliza las siguientes reacciones de eliminación:
- L - homoserina para formar H2O , NH3 y 2-oxobutanoato
- L - cistina , que produce tiocisteína, piruvato y NH3 [ 4]
- L - cisteína productora de piruvato, NH3 y H2S
En algunas bacterias y mamíferos , incluidos los humanos, esta enzima participa en la generación de sulfuro de hidrógeno . [2] [5] El sulfuro de hidrógeno es uno de los pocos gases que recientemente se descubrió que tiene un papel en la señalización celular en el cuerpo. [6]
Mecanismo enzimático
La cistationasa utiliza fosfato de piridoxal para facilitar la escisión del enlace de carbono gamma-azufre de la cistationina, lo que da como resultado la liberación de cisteína. [3] El residuo de lisina reforma la aldimina interna liberando ácido α-iminobutírico. Después, la cetimina externa se hidroliza, lo que provoca la formación de α-cetobutirato. [7]
El grupo amino de la cistationina se desprotona y sufre un ataque nucleofílico de la aldimina interna. Una desprotonación adicional por una base general da como resultado la formación de la aldimina externa y la eliminación del residuo de lisina. El residuo de lisina básico puede entonces desprotonar el carbono alfa, empujando la densidad electrónica hacia el nitrógeno del anillo de piridina . [3] El fosfato de piridoxal es necesario para estabilizar este intermedio carbaniónico ; de lo contrario, el pKa del protón sería demasiado alto. [7] El carbono beta se desprotona entonces, creando una insaturación alfa-beta y empujando un par solitario hacia el nitrógeno de la aldimina. Para reformar la aldimina, este par solitario empuja hacia abajo, escindiendo el enlace azufre-carbono gamma, lo que da como resultado la liberación de cisteína. [3]
Después de la eliminación gamma, queda un derivado de piridoxamina del glioxilato de vinilo . El par solitario del nitrógeno de piridina empuja la densidad electrónica hacia el carbono gamma, que está protonado por la lisina. Luego, la lisina ataca a la aldimina externa, empujando la densidad electrónica hacia el carbono beta, que está protonado por un ácido general. Luego, la imina se hidroliza para liberar α-cetobutirato. La desprotonación del residuo de lisina hace que salga el amoníaco, completando así el ciclo catalítico . [7]
La cistationina gamma liasa también muestra actividad gamma-sintasa dependiendo de las concentraciones de los reactivos presentes. [8] Los mecanismos son los mismos hasta que divergen después de la formación del derivado de glioxilato de vinilo. En el mecanismo de la gamma-sintasa, el carbono gamma es atacado por un nucleófilo de azufre, lo que da como resultado la formación de un nuevo enlace azufre-carbono gamma. [7] [8]
Estructura de la enzima
La cistationina γ-liasa es un miembro de la familia de enzimas dependientes de PLP del metabolismo Cys/Met. Otros miembros incluyen la cistationina γ sintasa, la cistationina β liasa y la metionina γ liasa. [8] También es un miembro de la familia más amplia de las aspartato aminotransferasas . [1] [8] Al igual que muchas otras enzimas dependientes de PLP, la cistationina γ-liasa es un tetrámero con simetría D2 . [8]
El fosfato de piridoxal está unido en el sitio activo por Lys 212. [2]
Relevancia de la enfermedad
La cisteína es el sustrato limitante de la velocidad en la vía sintética del glutatión en el ojo. El glutatión es un antioxidante que protege las cristalinas del ojo de las especies reactivas del oxígeno; las cristalinas desnaturalizadas pueden provocar cataratas . La cistationasa también es un objetivo de las especies reactivas del oxígeno. Por lo tanto, a medida que la cistationasa se oxida, su actividad disminuye, lo que provoca una disminución de la cisteína y, a su vez, del glutatión en el ojo, lo que conduce a una disminución de la disponibilidad de antioxidantes, lo que provoca una disminución adicional de la actividad de la cistationasa. También se ha demostrado que las deficiencias en la actividad de la cistationasa contribuyen al agotamiento del glutatión en pacientes con cáncer y SIDA . [9]
Las mutaciones y deficiencias de la cistationasa se asocian con cistationinuria . Las mutaciones T67I y Q240E debilitan la afinidad de la enzima por el fosfato de piridoxal, el cofactor vital para la función enzimática. [2] Los niveles bajos de H 2 S también se han asociado con la hipertensión en ratones. [10]
Los niveles excesivos de H 2 S, debido al aumento de la actividad de la cistationasa, se asocian con endotoxemia , pancreatitis aguda , shock hemorrágico y diabetes mellitus . [2]
La propargilglicina y la β-cianoalanina son dos inhibidores irreversibles de la cistationasa que se utilizan para tratar los niveles elevados de H 2 S. Mecanísticamente, el grupo amino de la propargilglicina ataca a la aldimina para formar una aldimina externa. La posición β del alquino se desprotona para formar el aleno , que luego es atacado por el fenol de Tyr 114 . La aldimina interna puede regenerarse, pero el éter vinílico recién creado obstaculiza estéricamente el sitio activo, impidiendo que la cisteína ataque al fosfato de piridoxal. [2]
Regulación
El H2S disminuye la transcripción de la cistationasa en concentraciones entre 10 y 80 μM. Sin embargo, la transcripción aumenta en concentraciones cercanas a 120 μM y se inhibe por completo en concentraciones superiores a 160 μM. [6]
Véase también
Referencias
- ^ ab Berg, JM, Tymoczko, JL y Stryer, L. (2012). Bioquímica (7.ª ed.). Nueva York: WH Freeman Company.
- ^ abcdefg Sun Q, Collins R, Huang S, Holmberg-Schiavone L, Anand GS, Tan CH, van-den-Berg S, Deng LW, Moore PK, Karlberg T, Sivaraman J (2009). "Base estructural del mecanismo de inhibición de la cistationina γ-liasa humana, una enzima responsable de la producción de H2S". J. Biol. Chem . 284 (5): 3076–85. doi : 10.1074/jbc.M805459200 . PMID 19019829.
- ^ abcd Steegborn C, Clausen T, Sondermann P, Jacob U, Worbs M, Marinkovic S, Huber R, Wahl MC (1999). "Cinética e inhibición de la cistationina γ-liasa humana recombinante. Hacia el control racional de la transulfuración". J. Biol. Chem . 274 (18): 12675–84. doi : 10.1074/jbc.274.18.12675 . PMID 10212249.
- ^ Yamanishi T, Tuboi S (1981). "El mecanismo de la reacción de escisión de la L-cistina catalizada por la γ-cistationasa de hígado de rata". J. Biochem . 89 (6): 1913–21. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a133393. PMID 7287665.
- ^ Wang R (marzo de 2010). "Gas tóxico, salvavidas". Scientific American . 302 (3): 66–71. Bibcode :2010SciAm.302c..66W. doi :10.1038/scientificamerican0310-66. PMID 20184185.
- ^ ab Wang M, Guo Z, Wang S (2013). "El efecto de ciertas condiciones en la regulación de la cistationina γ-liasa por sulfuro de hidrógeno exógeno en células de mamíferos". Biochem. Genet . 51 (7–8): 503–13. doi :10.1007/s10528-013-9581-1. PMID 23515848. S2CID 6865017.
- ^ abcd Brzovic P, Litzenberger Holbrook E (enero de 1990). "Mecanismo de reacción de la cistationina .gamma.-sintasa de Escherichia coli: evidencia directa de un derivado de piridoxamina del vinilglilato como intermediario clave en las reacciones de .gamma.-eliminación y .gamma.-reemplazo dependientes del fosfato de piridoxal". Bioquímica . 29 (2): 442–451. doi :10.1021/bi00454a020. PMID 2405904.
- ^ abcde Messerschmidt A, Worbs M, Steegborn C, Wahl MC, Huber R, Laber B, Clausen T (2003). "Determinantes de la especificidad enzimática en la familia de enzimas dependientes de PLP del metabolismo Cys-Met: estructura cristalina de la cistationina gamma-liasa de levadura y comparación de la estructura intrafamiliar". Biol. Chem . 384 (3): 373–86. doi :10.1515/BC.2003.043. PMID 12715888. S2CID 24552794.
- ^ Sastre J, Martín JA, Gómez-Cabrera MC, Pereda J, Borrás C, Pallardó FV, Viña J (2005). "El daño oxidativo asociado a la edad conduce a la ausencia de gamma-cistationasa en más del 50% de los cristales de las rata: relevancia en la cataractogénesis". Free Radic. Biol. Med . 38 (5): 575–82. doi :10.1016/j.freeradbiomed.2004.11.029. PMID 15683713.
- ^ Yang G, Wu L, Jiang B, Yang W, Qi J, Cao K, Meng Q, Mustafa AK, Mu W, Zhang S, Snyder SH, Wang R (2008). "H2S como vasorrelajante fisiológico: hipertensión en ratones con deleción de cistationina γ-liasa". Science . 322 (5901): 587–90. Bibcode :2008Sci...322..587Y. doi :10.1126/science.1162667. PMC 2749494 . PMID 18948540.
Enlaces externos
- Cistationina + gamma-liasa en los encabezados de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
