Homoserina deshidrogenasa, Enzyme Structure, Mecanismo enzimático, Función Biológica, Reglamento Biológica, Relevancia de Enfermedades

En enzimología, a la homoserina deshidrogenasa es una enzima que cataliza la reacción química

 L-homoserina NAD L-aspartato 4-semialdehído NADH H

2 Los sustratos de esta enzima son L-homoserina y NAD , mientras que sus 3 productos son L-aspartato 4-semialdehído, NADH, y H .

Este enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas, específicamente aquellos que actúan sobre el grupo CH-OH del donante con NAD o NADP como aceptor. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es L-homoserina: NAD oxidorreductasa. Otros nombres en uso común incluyen HSDH y HSD.

Homoserina deshidrogenasa cataliza la tercera etapa en la ruta aspartato; la reducción dependiente de NAD de aspartato semialdehído en beta-homoserina. Homoserina es un intermediario en la biosíntesis de treonina, isoleucina y metionina.

Enzyme Structure

La enzima se puede encontrar en una forma monofuncional, en algunas bacterias y levaduras. El análisis estructural de la enzima monofuncional levadura indica que la enzima es un dímero compuesto de tres regiones distintas; un dominio N-terminal de unión a nucleótidos, una región central de dimerización corto, y un dominio catalítico C-terminal. El dominio N-terminal de una forma modificada Rossman veces, mientras que el dominio catalítico forma una novela hoja mixta alfa-beta.

La enzima también se puede encontrar en una forma bifuncional que consiste en un aspartoquinasa dominio N-terminal y un dominio de homoserina deshidrogenasa C-terminal, como se encuentra en bacterias tales como Escherichia coli y en las plantas.

La enzima deshidrogenasa aspartoquinasa homoserina-bifuncional tiene un dominio regulador que se compone de dos subdominios con una hebra bucle-hélice-bucle alfa-beta-beta bucle motivo hebra común. Cada subdominio contiene un dominio ACT que permite una regulación compleja de varias funciones diferentes proteínas. El gen codifica AK-HSD para aspartato quinasa, un dominio intermedio, y, finalmente, la secuencia de codificación para la homoserina deshidrogenasa.

A finales de 2007, 4 estructuras se han solucionado para esta clase de enzimas, con la adhesión a los códigos PDB 1EBF, 1EBU, 1Q7G y 1TVE.

Mecanismo enzimático

Homoserina deshidrogenasa cataliza la reacción de aspartato semialdehído-a homoserina. La reacción global reduce el grupo funcional ácido carboxílico C4 de ASA a un alcohol primario y se oxida el aldehído C1 a un ácido carboxílico. Los residuos Glu y Lys 208 117 se cree que participan en el sitio catalítico activo de la enzima. Asp 214 y Lys 223 han demostrado ser importante para la transferencia de hidruro en la reacción catalizada.

Una vez que el ácido carboxílico C4 se reduce a un aldehído y el aldehído C1 se oxida a un ácido carboxílico, los experimentos sugieren que el Asp 219, Glu 208 y una molécula de agua se unen ASA en el sitio activo mientras que Lys 223 dona un protón para la aspartato semialdehído- C4 oxígeno. Homoserina deshidrogenasa tiene un cofactor NADH, que a su vez dona un hidrógeno a la misma de carbono, reduciendo efectivamente el aldehído a un alcohol. .

Sin embargo, el mecanismo exacto de completa homoserina deshidrogenasa catálisis sigue siendo desconocido.

La reacción catalizada por homoserina deshidrogenasa ha sido postulado para proceder a través de un mecanismo cinético bi-bi, donde el cofactor NADH se une la enzima primera y la última es de disociarse de la enzima una vez que la reacción es completa. Además, mientras que tanto NADH y NADPH son cofactores adecuados para la reacción, se prefiere NADH. La Km de la reacción es de cuatro veces más pequeño con NADH y la Kcat/Km es tres veces mayor, lo que indica una reacción más eficiente.

Homoserina deshidrogenasa también exhibe una cinética de orden múltiple a niveles subsaturantes de sustrato. Además, la cinética de variables para la homoserina deshidrogenasa es un artefacto de la disociación más rápida del sustrato de aminoácidos desde el complejo de la enzima en comparación con el cofactor de la disociación.

Función Biológica

La vía metabólica aspartato está implicada tanto en el almacenamiento de la asparagina y en la síntesis de los aminoácidos aspartato-familia. Homoserina deshidrogenasa cataliza un paso intermedio en este nitrógeno y el almacenamiento de carbono y ruta de utilización. .

En los organismos fotosintéticos, glutamina, glutamato, aspartato y se acumulan durante el día y se utilizan para sintetizar otros aminoácidos. Por la noche, aspartato se convierte a la asparagina para el almacenamiento. Además, el gen de homoserina deshidrogenasa quinasa-aspartato se expresa principalmente en crecimiento activo, tejidos de las plantas jóvenes, en particular en los meristemos apicales y laterales.

Mamíferos carecen de las enzimas implicadas en la ruta metabólica aspartato, incluyendo homoserina deshidrogenasa. Como lisina, treonina, metionina, isoleucina y se hacen en esta vía, se consideran los aminoácidos esenciales para los mamíferos.

Reglamento Biológica

Homoserina deshidrogenasa y aspartato quinasa están ambos sujetos a regulación significativa. HSD es inhibida por los productos intermedios de la ruta metabólica aspartato, principalmente treonina. Treonina actúa como un inhibidor competitivo tanto para HSD y aspartato quinasa. En AK-HSD organismos que expresan, uno de los sitios de unión treonina se encuentra en la región de engarce entre AK y HSD, lo que sugiere la inhibición alostérica potencial de ambas enzimas.

Sin embargo, existen algunas formas HSD treonina-resistentes que requieren concentraciones de treonina mucho mayor que fisiológicamente presente para la inhibición. Estas formas treonina-insensibles de HSD se utilizan en las plantas genéticamente modificadas para aumentar tanto la producción de treonina y metionina para un mayor valor nutricional.

Homoserina deshidrogenasa también está sujeta a la regulación transcripcional. Su secuencia promotora contiene una secuencia de TGACTC cis-elemento regulador, que es conocido por estar involucrado en otras vías de biosíntesis de aminoácidos. El elemento regulador Opaque2 también ha sido implicado en la regulación de la homoserina deshidrogenasa, pero sus efectos son todavía no está bien definido.

En las plantas, existe también la regulación ambiental de la expresión del gen de AK-HSD. Exposición a la luz ha sido demostrado para aumentar la expresión del gen de AK-HSD, probablemente relacionado con la fotosíntesis.

Relevancia de Enfermedades

En los seres humanos, ha habido un aumento significativo en la enfermedad de los hongos patógenos, por lo que el desarrollo de fármacos anti-hongos es una tarea importante bioquímica. Como homoserina deshidrogenasa se encuentra principalmente en plantas, bacterias, y levaduras, pero no en mamíferos, que es un fuerte objetivo para el desarrollo de fármacos antifúngicos. Recientemente, 5-hidroxi-4-oxonorvaline fue descubierto para apuntar y para inhibir la actividad de HSD irreversiblemente. HON es estructuralmente similar a la aspartato semialdehído, por lo que se postula que sirve como un inhibidor competitivo de HSD. Del mismo modo ácido, 2-amino-4-oxo-5-hidroxipentanoico, otro análogo de aminoácido, también se ha demostrado que inhiben la HSD. Ambos de estos compuestos son eficaces contra Cryptococcus neoformans y Cladosporium fulvum, entre otros.

Además de análogos de aminoácidos, varios compuestos fenólicos han demostrado inhibir la actividad de HSD. Como HON y RI-331, estas moléculas son inhibidores competitivos que se unen al sitio activo de la enzima. Específicamente, el grupo hidroxilo fenólico interactúa con el sitio de unión de aminoácidos.