1-aminociclopropano-1-carboxilato sintasa - 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase

1-aminociclopropano-1-carboxilato sintasa
ACS fondo blanco.png
Estructura de la ACC sintasa
Identificadores
CE no. 4.4.1.14
No CAS. 72506-68-4
Bases de datos
IntEnz Vista IntEnz
BRENDA Entrada BRENDA
FÁCIL NiceZyme vista
KEGG Entrada KEGG
MetaCyc camino metabólico
PRIAM perfil
Estructuras PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontología de genes AmiGO / QuickGO

La sintasa del ácido aminociclopropano-1-carboxílico (ACC sintasa, ACS) ( EC 4.4.1.14 ) es una enzima que cataliza la síntesis del ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC), un precursor del etileno , de la S-adenosil metionina ( AdoMet, SAM), un intermedio en el ciclo Yang y el ciclo de metilo activado y una molécula útil para la transferencia de metilo. La ACC sintasa, al igual que otras enzimas dependientes de PLP, cataliza la reacción a través de un intermedio de iones híbridos quinonoides y utiliza el cofactor piridoxal fosfato (PLP, la forma activa de la vitamina B6) para la estabilización.

En enzimología , una 1-aminociclopropano-1-carboxilato sintasa es una enzima que cataliza la reacción química.

S-adenosil-L-metionina 1-aminociclopropano-1-carboxilato + metiltioadenosina

Por lo tanto, esta enzima tiene un sustrato , S-adenosil-L-metionina , y dos productos , 1-aminociclopropano-1-carboxilato y metiltioadenosina .

Esta enzima pertenece a la familia de las liasas , específicamente las liasas de carbono-azufre. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es S-adenosil-L-metionina metiltioadenosina-liasa (formadora de 1-aminociclopropano-1-carboxilato) . Otros nombres en uso común incluyen 1-aminocyclopropanecarboxylate sintasa , 1-aminociclopropano-1-carboxílico sintasa de ácidos , sintetasa 1-aminociclopropano-1-carboxilato de etilo , la sintasa de ácidos aminociclopropanocarboxílico , sintasa aminocyclopropanecarboxylate , ACC sintasa , y S-adenosil-L-metionina methylthioadenosine- lyase . Esta enzima participa en el metabolismo del propanoato . Emplea un cofactor , fosfato de piridoxal .

Mecanismo enzimático

Complejo ACC sintasa con PLP
Complejo ACC sintasa con PLP: dominio catalítico
Formación de la Base Schiff ACS-PLP.
Lys a SAM Imine Exchange.
Formación del intermedio quinonoide.
La tirosina y el PLP estabilizaron la formación de anillos 3C.

La reacción catalizada por la sintasa del ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACS) es el paso comprometido y limitante en la biosíntesis del etileno [20], una hormona vegetal gaseosa que es responsable del inicio de la maduración del fruto, brotes y raíces. crecimiento y diferenciación, abscisión de hojas y frutos , apertura de flores y senescencia de flores y hojas . (fuente) Es una eliminación gamma dependiente de piridoxal fosfato (PLP) (?). En la eliminación gamma, el PLP actúa como sumidero dos veces (absorbiendo electrones de dos desprotonaciones).

Pasos propuestos del mecanismo de reacción:

  1. Formación de la base Schiff ACS-PLP
  2. Imine Exchange
  3. Formación del intermedio quinonoide
  4. Formación de anillo 3C estabilizada con tirosina y PLP
Formación de la base Schiff ACS-PLP

El aldehído de la coenzima PLP reacciona para formar un enlace imina ( base de Schiff ) con el residuo de lisina (278) del dominio catalítico de ACS.

Intercambio de iminas

Se produce un intercambio de imina y el nitrógeno amínico del sustrato, S-adenosil metionina, reemplaza a Lys (278) en el enlace imina. (Estabilizado por enlace H).

Formación del intermedio quinonoide

El PLP actúa como un "sumidero de electrones" que absorbe la densidad de electrones deslocalizados durante los intermedios de reacción (contrarrestando el exceso de densidad de electrones en el carbono a desprotonado). El PLP facilita la actividad enzimática, aumentando la acidez del carbono alfa estabilizando la base conjugada. El intermedio de carbanión estabilizado con PLP formado es el intermedio quinonoide.

Formación de anillo 3C estabilizada con tirosina y PLP

El PLP y la tirosina estabilizan las cargas negativas durante la desprotonación. La tirosina ataca el carbono unido al azufre, lo que permite que salga el S (CH 3 ) (Ado) y, durante la formación del anillo, la tirosina se va.

    • Nótese que los inhibidores AVG y AMA se unen a PLP para formar una cetimina y una oxima respectivamente (cuyas reacciones inversas son mucho menos favorables) y previenen la reacción catalizada por ACC sintasa con SAM.

Regulación

La ACC sintasa alcanza una actividad óptima en condiciones de pH 8,5 y con Km = 20 um con respecto a su sustrato, SAM.

La ACC sintasa y la biosíntesis de etileno están reguladas por una gran cantidad de estímulos. Las tensiones como las heridas, las sustancias químicas nocivas, las auxinas, las inundaciones y el ácido indol-3-acético (IAA) promueven la síntesis de etileno, creando un ciclo de retroalimentación positiva con la ACC sintasa, regulando al alza su actividad.

Sin embargo, también es inhibido por varios compuestos. La S-adenosiletionina puede unirse como sustrato para la ACC sintasa (con mayor afinidad que SAM) y por lo tanto inhibir cualquier reacción con SAM. La ACC sintasa también es inhibida competitivamente por la aminoetoxivinilglicina (AVG) y el ácido aminooxiacético (AOA), inhibidores de muchas reacciones enzimáticas mediadas por piridoxal fosfato. Son toxinas naturales que provocan una lenta inhibición de la unión al interferir con la coenzima piridoxal fosfato. La actividad de la ACC sintasa también es inhibida por intermedios del ciclo de metilo activado y la vía de reciclaje de metionina: 5′-metiltioadenosina, ácido α-ceto-γ-metiltiobutírico y S-adenosilhomocisteína.

Estructura

La ACC sintasa tiene una secuencia de 450-516 aminoácidos según la especie de planta de la que se extrae. Aunque es comparable en las especies en las que se encuentra, su dominio terminal COOH es más variable, lo que genera diferencias como la oligomerización . El dominio terminal COOH es responsable de la oligomerización. En la mayoría de las células productoras de ACC sintasa, la ACC sintasa existe como un dímero. Sin embargo, en algunos encontramos un monómero ("que es más activo y eficiente [que su contraparte dímero").

La estructura del SCA se ha determinado en gran medida mediante cristalografía de rayos X. La conservación de los residuos en el dominio catalítico de ACS y la homología de secuencia sugieren que ACS cataliza la síntesis de ACC de manera similar a otras enzimas que requieren PLP como cofactor. Sin embargo, a diferencia de muchas otras enzimas dependientes de PLP, Lys (278) no es el único residuo que interactúa con el sustrato. La proximidad del oxígeno electronegativo de Tyr (152) al enlace C-γ-S sugiere un papel crucial en la formación de ACC. La cristalografía de rayos X con aminoetoxivinilglicina (AVG), un inhibidor competitivo, confirmó el papel de la tirosina en la eliminación de γ.

A finales de 2007, se han resuelto 6 estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1B8G , 1IAX , 1IAY , 1M4N , 1M7Y y 1YNU .

Residuos de lisina y tirosina en el sitio de unión del sustrato

Dominio catalítico

Los principales grupos funcionales en los dominios catalíticos son el nitrógeno del residuo Lys 278 y el oxígeno del residuo Tirosina 152.

Funciones y aplicaciones biológicas

ACC Synthase es el paso clave que limita la velocidad en la síntesis de etileno. Debido a que la regulación positiva de la ACC-sintasa es lo que induce la maduración de la fruta y, a menudo, el deterioro, se están realizando más investigaciones sobre los mecanismos reguladores y las vías biosintéticas del etileno para evitar el deterioro.

Notas

Referencias