Tryptofán-2,3-dioxygenáza

Tryptofán-2,3-dioxygenáza (TDO, ) je hemový enzým, ktorý katalyzuje oxidáciu -tryptofánu (-Trp) na "N"'-formylkynurenín pomocou molekulárneho kyslíku:
Tryptofán-2,3-dioxygenáza hrá kľúčovú úlohu v regulácii fyziologického toku tryptofánu v ľudskom tele, keďže je súčasťou metabolizmu tryptofánu. TDO katalyzuje prvú reakciu a zároveň rýchlosť určujúci krok rozkladu tryptofánu prostredníctvom kynurenínovej dráhy, čím reguluje hladinu tryptofánu v organizme.
U ľudí je tento enzým kódovaný génom TDO2.
Funkcia.
TDO patrí medzi oxidoreduktázy, konkrétne tie, ktoré pôsobia na jednu molekulu, využívajú O2 ako oxidant a zabudovávajú dva atómy kyslíka do substrátu (patrí teda medzi dioxygenázy). Niekedy sa enzým nazýva i tryptofándioxygenáza, tryptofánoxygenáza alebo tryptofánpyroláza.
TDO katalyzuje prvú reakciu rozkladu tryptofánu, pri ktorej sa tryptofán mení na "N"'-formylkynurenín. V procese dochádza k štiepeniu pyrolového kruhu indolu pomocou molekulárneho kyslíka:
"N"'-formylkynurenín sa ďalej premieňa pôsobením kynurenínformamidázy na kynurenín.
TDO bola pôvodné objavená v 30. rokoch 20. storočia a nachádza sa u prokaryotov i eukaryotov. Expresia TDO u cicavcov prebieha normálne len v pečeni, ale u niektorých druhov bola identifikovaná i v mozgu a nadsemenníkoch a u niektorých tkanív je možné ju indukovať na základe rôznych podnetov. Krysia TDO bola ako prvá exprimovaná rekombinantne (v "E. coli"), neskôr bola rekombinantne exprimovaná i ľudská TDO.
Príbuzné enzýmy.
TDO je funkčne príbuzná s enzýmom indolamín-2,3-dioxygenázou (IDO). TDO je zvyčajne tetramér, zatiaľ čo IDO je monomérny enzým. TDO i IDO obsahujú jeden nekovalentne viazaný hem na podjednotku.
Do tej istej rodiny enzýmov k TDO patrí i IDO zo "Shewanella oneidensis" a PrnB, druhý enzým v biosyntetickej dráhe pyrolnitrínu z "Pseudomonas fluorescens", i keď u PrnB nebola pozorovaná dioxygenázová aktivita. V roku 2007 bol objavený nový enzým schopný dioxygenácie tryptofánu, IDO2. 
Štruktúra.
TDO je cytozolový enzým obsahujúci hem, ktorý je kódovaný génom TDO2. Kryštalografické štúdie TDO z "Xanthomonas campestris" a "Talstonia metallidurans" ukázali, že ich štruktúry sú prakticky identické a existujú v podobe homotetramérov. Presnejšie ide o dimér dimérov, pretože N-koncové aminokyseliny každého monoméru tvoria väzbové miesto pre substrát z vedľajšieho monoméru. Tieto bielkoviny sa skladajú z helixov a poblíž aktívneho miesta sa nachádza flexibilný ohyb, ktorý sa účastní (nekovalentnej) väzby s tryptofánom. Tento ohyb je evidentne indukovaný naviazaním tryptofánu, pretože sa nachádza len v kryštáloch, v ktorých je prítomný i tryptofán.
Sú dostupné minimálne dve štruktúry TDO, v ktorých je naviazaný tryptofán.
Mechanizmus.
Prvé návrhy reakčného mechanizmu oxidácie tryptofánu pochádzajú od Sona a Dawsona. Navrhli, že ide o abstrakciu protónu katalyzovanú zásadou a že nedochádza k oxidácii hemu (ostáva teda ako FeII). Predpokladá sa, že TDO a IDO majú rovnaký reakčný mechanizmus, aj keď pre to neexistuje konkrétny dôkaz. U IDO však bol identifikovaný FeIV hem počas reakcie. Návrhy reakčného mechanizmu boli upravené tak, aby zahŕňali i tento oxidačný stav železa. Predpokladá sa, že reakcia katalyzovaná TDO prebieha rovnako, ale FeIV hem nebol u TDO pozorovaný.
Klinický význam.
Bolo ukázané, že TDO sa exprimuje vo významnom množstve v ľudských nádoroch. V tej istej štúdií sa ukázalo, že expresia TDO nádormi pomáhala proti odmietnutiu imunizovanými myšami. TDO inhibítor, ktorý bol vyvinutý touto výskumnou skupinou, znovu umožnil myšiam odmietnuť nádory exprimujúce TDO, čo naznačuje, že inhibítory TDO by mohli pomôcť v liečbe rakoviny.
Iná štúdia ukázala, že TDO sa potenciálne účastní metabolickej dráhy zodpovednej za správanie súvisiace s úzkosťami. Vytvorením myší, ktoré exprimovali nižšie množstvo TDO, a ich porovnaním s normálnymi myšami sa podarilo výskumnej skupine ukázať, že myši s nižšou hladinou TDO mali nielen vyššiu hladinu tryptofánu v plazme, ale i vyššiu hlasinu serotonínu a 5-HIAA v hipokampe a strednom mozgu. Rôzne skúšky ukázali, že u myší s nižšou expresiou TDO dochádza k anxiolytickej modulácii, čo poukazuje na priame spojenie medzi TDO a metabolizmom tryptofánu so správaním súvisiacim s uzkosťami pri fyziologických podmienkach.