Aconitase

A aconitase ou aconitato hidratase (número EC:4.2.1.3) é un encima que cataliza a isomerización estereoespecífica do citrato a isocitrato por medio do intermediato cis-aconitato no ciclo do ácido cítrico ou de Krebs.

 Función 
A diferenza da maioría das proteínas ferro-sulfuradas que funcionan como transportadores de electróns, o cluster de ferro-xofre da aconitase reacciona directamente co substrato do encima. A aconitase ten un cluster [Fe4S4]2+ activo, que se pode converter á forma [Fe3S4]+ inactiva. Hai tres residuos de cisteína (Cys) que funcionan como ligandos do centro [Fe4S4]. No estado activo, o ión ferro lábil do cluster [Fe4S4] non está coordinado pola cisteína senón por moléculas de auga.

Son homólogos da aconitase a proteína de unión ao elemento de resposta ao ferro (IRE-BP) e a 3-isopropilmalato deshidratase (α-isopropilmalato isomerase; número EC:4.2.1.33), que é un encima que cataliza o segundo paso da biosíntese de leucina. Os elementos reguladores do ferro (IREs) constitúen unha familia de ARNs de 28 nucleótidos, non codificantes, con estruturas de talo-bucle que regulan o almacenamento de ferro, a síntese de grupos hemo e a captación de ferro. Tamén participan na unión do ARNm ao ribosoma e no control da degradación do ARNm. Unha proteína reguladora específica, a IRE-BP, únese aos IREs tanto nas rexións 5' coma nas 3', pero só se pode unir ao ARN na súa forma apo (apoproteína), sen o cluster de ferro-xofre. A expresión da IRE-BP en células en cultivo revelou que a proteína funciona ou como unha activa aconitase, cando as células están cheas de ferro, ou como unha proteína de unión ao ARN activa, cando as células están escasas de ferro. As IRE-BPs mutantes, nas cales algún ou todos dos tres residuos de cisteína implicados na formación do cluster ferro-xofre son substituídos pola serina, non teñen actividade de aconitase, pero manteñen a capacidade de unirse ao ARN.

O fluoroacetato e o fluorocitrato son compostos tóxicos cando se metabolizan, xa que afectan ao ciclo do ácido cítrico. A aconitase é inhibida polo fluorocitratoH. Lauble, M.C. Kennedy, M.H. Emptage, H. Beinert, and C.D. Stout. The reaction of fluorocitrate with aconitase and the crystal structure of the enzyme-inhibitorcomplex. Proc Natl Acad Sci U S A. 1996 November 26; 93(24): 13699–13703. PMCID: PMC19395.  e fluoroacetatoUrs A. Boelsterli. Mechanistic Toxicology: The Molecular Basis of How Chemicals Disrupt. Google books. . O cluster de ferro-xofre é moi sensible á oxidación por superóxidos.

 Estrutura do encima 
A aconitase, como se mostra nas estruturas da dereita desta páxina, ten dúas estruturas lixeiramente diferentes, segundo estea activada ou inactivada. Na forma inactiva, a súa estrutura está dividida en catro dominios. Empezando polo extremo N-terminal, só os tres primeiros dominios están implicados en interaccións próximas co cluster [3Fe-4S], pero o sitio activo consta de residuos pertencentes aos catro dominios, incluído o dominio C-terminal máis grande. Tamén se encontran no sitio activo o cluster de ferro-xofre e un anión SO42-. Cando se activa o encima, capta un átomo de ferro adicional, creando un cluster [4Fe-4S]. Porén, a estrutura do resto do encima case non cambia; os átomos conservados estre estas dúas formas están esencialmente nas mesmas posicións, con diferenzas de só 0,1 ángstrom.

 Mecanismo de reacción 
miniatura|none|upright=2.5|Mecanismo de reacción da aconitase.
miniatura|none|upright=1.5|O citrato e o cluster Fe-S no sitio activo da aconitase: representáronse con liñas descontinuas amarelas as interaccións entre o substrato e os residuos veciños.; 

A aconitase emprega un mecanismo de deshidratación-hidratación. Os residuos catalíticos implicados son a His-101 e a Ser-642. A His-101 protona o grupo hidroxilo no C3 do citrato, permitindo que se libere en forma de auga, e, ao mesmo tempo, a Ser-642 retira o protón de C2, formando un dobre enlace entre C2 e C3, orixinando o intermediato cis-aconitato. Seguidamente, o intermediato rota 180°. Esta rotación denomínase "volteo", "pinchacarneiro" ou "flip". Cando fai este xiro, dise que o intermediato se move desde un "modo citrato" a un "modo isocitrato".

Debátese como se produce exactamente este xiro. Unha teoría é que, no paso limitante do mecanismo, o cis-aconitato libérase do encima, despois volve a unirse no modo isocitrato para completar a reacción. Este paso limitante asegura que o produto final se formará coa correcta estereoquímica, especificamente (2R,3S). Outra hipótese é que o cis-aconitato permanece unido ao encima mentres se produce o xiro pasando do modo citrato ao modo isocitrato.

O xiro do cis-aconitato permite que ocorran os pasos de deshidratación e hidratación en caras opostas do intermediato. A aconitase cataliza a trans-eliminación/adición de auga, e o xiro garante que se forme a correcta estereoquímica no produto. Para completar a reacción, os residuos de serina e histidina inverten as súas accións catalíticas orixinais: a histidina, agorta básica, retira un protón da auga, converténdoa nun nucleófilo que ataca a C2, e a serina protonada é desprotonada polo dobre enlace do cis-aconitato para completar a hidratación, producindo isocitrato.

miniatura|none|upright=1.5|O isocitrato e o cluster Fe-S no sitio activo da aconitase.

 Enfermidades 
Un trastorno grave relacionado coa aconitase é a deficiencia de aconitase.Orphanet, "Aconitase deficiency," April 2008, http://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?lng=EN&Expert=43115 É causada por unha mutación no xene da proteína armazón do cluster de ferro-xofre (ISCU), que axuda a construír o cluster de Fe-S do que depende a actividade da aconitase. Os principais síntomas son miopatía e intolerancia ao exercicio; a tensión física pode ser mortal para algúns pacientes porque pode orixinar un shock circulatorio. Non hai tratamento para a deficiencia de aconitase.

Outra doenza asociada coa aconitase é a ataxia de Friedreich (FRDA), que se orixina por defectos na biosíntese de proteínas ferro-sulfuradas, cando non se sintetizan correctamente os clusters de ferro-sulfuro da aconitase e succinato deshidroxenase. O decrecemento da actividade da aconitase e succinato deshidroxenase está correlacionada cun exceso na concentración de ferro na mitocondria e unha insuficiencia de ferro no citoplasma, o que trastorna a homeostase do ferro. Esta desviación da homeostase causa a ataxia de Friederich, que é unha enfermidade neurodexenerativa para a cal non hai tratamentos efectivos ata o momento.

Finalmente, a aconitase crese que está asociada coa diabetes. De todos os xeitos, a conexión exacta aínda está por determinar e existen diversas teorías. Nun estudo dos órganos de ratos con diabetes aloxana (unha diabetes inducida experimentalmente co composto pirimidínico aloxana "Alloxan Diabetes - Medical Definition," Stedman's Medical Dictionary, 2006 Lippincott Williams & Wilkins, http://www.medilexicon.com/medicaldictionary.php?t=24313 ) e diabetes xenética, atopouse unha baixa actividade de aconitase, que facía decrecer a velocidade das reaccións metabólicas nas que interveñen o citrato, piruvato, e malato. Ademais, as concentracións de citrato eran infrecuentemente altas. Como estes datos anormais se atoparon en ratos diabéticos, o estudo tirou a conclusión de que a actividade baixa da aconitase está probablemente correlacionada coa diabetes xenética e diabetes aloxana. Outra teoría é que, nos corazóns diabéticos, a fosforilación acelerada da aconitase do corazón pola proteína quinase C causa que a aconitase acelere o paso final da súa reacción inversa en comparación coa reacción normal cara a adiante. É dicir, converte o isocitrato de novo en cis-aconitato máis rapidamente do normal, pero a reacción cara a adiante continúa realizándose á velocidade normal. Este desequilibrio pode contribuír a trastorar o metabolismo nos diabéticos.

 Membros da familia 
As aconitases exprésanse desde as bacterias aos humanos. Os humanos expresan os dous isoencimas aconitases seguintes:



 Notas 

 Véxase tamén 
 Bibliografía 


 Ligazóns externas 
 MeshName Aconitase
 Proteopedia Aconitase - estrutura da aconitase en 3D interactiva

Categoría:Liases
Categoría:Ciclo do ácido cítrico
Categoría:Proteínas ferrosulfuradas