Ciclasa de escualeno-hopene
Ciclasa de escualeno-hopene
Estructura de una escualeno ciclasa hopène de Alicyclobacillus acidocaldarius
(en) (
PDB 2SQC ). La superficie de la
membrana está indicada por una línea azul.
Una qualène-hopène ciclasa , o CHS , es una isomerasa que cataliza la reacción :
lúpulo de escualeno -22 (29) -eno ;
⇌{\ Displaystyle \ rightleftharpoons}
escualeno +
H 2 O ⇌{\ Displaystyle \ rightleftharpoons} hopan-22-ol .
Esta enzima está presente en los procariotas , donde juega un papel importante para asegurar la interconversión de una molécula de escualeno , lineal , en esperanzano y hopanol , triterpenos pentacíclicos , en una proporción de 5: 1. Se encuentra en muchas bacterias, pero es una de las bacterias termófilas Alicyclobacillus acidocaldarius (fr) que se aísla con mayor facilidad.
Los hopanoides desempeñan en las bacterias un papel fisiológico similar al de los esteroles en los eucariotas al modular la fluidez y la permeabilidad de las membranas biológicas . En procariotas, estabilizan las membranas en presencia de alta temperatura y acidez extrema debido a su rígida estructura policíclica. Así, la expresión de la escualeno-esperanno ciclasa se activa en ciertas bacterias colocadas en un ambiente cálido o ácido.
Se cree que la escualeno-esperanno ciclasa causa muchas clases de esterol ciclasas eucariotas y procariotas. La oxidoscualeno ciclasa , análogos de esta enzima en eucariotas, necesitada de oxígeno para sus reacciones, indica una evolución posterior de estas proteínas, que se remonta a una época en que la atmósfera contenía oxígeno; el hecho de que la escualeno-hopene ciclasa funcione en un ambiente anóxico sugiere que es mucho más antiguo.
Operación y sitio activo
La formación del esqueleto de Hopene es una de las reacciones elementales más complejas de la bioquímica . Se rompen o forman 13 enlaces covalentes en un solo paso, se forman 9 centros quirales y se cierran cinco anillos . La qualene-hopene ciclasa de hecho cataliza la conversión de un compuesto de cadena abierta , escualeno , en triterpenos pentacíclicos , hopene y hopanol , formándose estos dos productos respectivamente con una proporción de 5: 1.
La biosíntesis de Hopene comienza con la ciclación del escualeno a una configuración de pre-silla que continúa con la formación de cinco enlaces carbono-carbono . La formación de ciclos se completa con la eliminación de un protón de los grupos metil aui que se alternan en los terminales del escualeno con una molécula de agua . Esta molécula de agua también determina la naturaleza del producto de reacción dependiendo de si recibe un protón del grupo metilo en la posición 29 o 30 para formar esperanno, o si cede un grupo hidroxilo en la posición C-22 del ciclo A. Otras moléculas de agua intervienen acentuando la polarización y formando enlaces de hidrógeno entre siete residuos de aminoácidos de la enzima: residuos Thr41 , Glu45 , Glu93 , Arg127 , Gln262 , Trp133 y Tyr267 .
Hay muy pocos cambios conformacionales durante la formación de los anillos A a D. Esta es la razón por la que esta reacción no requiere intermedios y se puede llevar a cabo en un solo paso. Sin embargo, la formación del anillo E está bloqueada por una barrera de entropía , lo que puede explicar por qué está ausente en los esteroides tetracíclicos.
El sitio activo de la escualeno-esperanno ciclasa se encuentra en una cavidad central de la región adyacente a la membrana , una cavidad a la que accede el sustrato por un canal apolar . El sitio activo está rodeado por residuos aromáticos que forman una cavidad adecuada para la molécula de escualeno plegada en una conformación funcional. El mecanismo de reacción involucra un par de residuos de aspartato e histidina para iniciar la ciclación mediante la protonación de C-3 y la desprotonación de C-29, lo que provoca una sucesión de carbocationes intermedios. Una mutación en este residuo de aspartato puede inactivar la enzima.
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