En biología molecular , generalmente se designa por tríada catalítica a tres residuos de aminoácidos que se encuentran juntos en el sitio activo de algunas hidrolasas y transferasas como las peptidasas , las amidasas , las esterasas , las lipasas y las β-lactamasas . Una forma común de producir nucleófilos residuos para covalente catálisis es involucrar un ácido - base de - nucleofílico tríada . Estos residuos forman una red de transferencia de carga que polariza y activa el residuo nucleofílico, que ataca al sustrato formando un intermedio covalente que luego se hidroliza para liberar la enzima nuevamente . El nucleófilo de tal tríada es generalmente serina o cisteína , pero también puede ser treonina .
Los residuos que constituyen la tríada catalítica pueden estar muy distantes entre sí a lo largo de la secuencia peptídica ( estructura primaria ) de las enzimas consideradas, pero pueden encontrarse cerca unos de otros debido al plegamiento de los polipéptidos en una estructura terciaria tridimensional compleja .
Las tríadas catalíticas son uno de los mejores ejemplos de convergencia evolutiva : la propia naturaleza de las reacciones químicas catalizadas condujo independientemente a los mismos tipos de sitios activos de al menos 23 superfamilias distintas. Su mecanismo de reacción es, por tanto, uno de los mejor comprendidos en toda la bioquímica .
La cadena lateral de un residuo nucleofílico realiza catálisis covalente sobre el sustrato . El par solitario del átomo de oxígeno o azufre ataca el átomo de carbono del carbonilo , que es electropositivo . Ninguno de los 22 aminoácidos proteinogénicos tiene grupos funcionales suficientemente nucleofílicos para catalizar muchas reacciones difíciles.
Los principales nucleófilos enzimáticos son el hidroxilo OH del grupo alcohol de la serina y el sulfhidrilo SH del grupo tiol o el ión tiolato S - de la cisteína . La inclusión de estos nucleófilos en una tríada catalítica aumenta su actividad. Algunas peptidasas utilizan el alcohol secundario de treonina ; sin embargo, debido a la presencia de un grupo metilo adicional, estas peptidasas usan la amida N- terminal como base en lugar de otro residuo de aminoácido.
Dado que ningún aminoácido natural es suficientemente nucleófilo para catalizar las reacciones químicas en cuestión por sí solo, las tríadas catalíticas implican una base que polariza y desprotona el nucleófilo para aumentar su reactividad. Esta base también desprotona el primer producto de reacción para promover la eliminación del grupo saliente .
Este suele ser un residuo de histidina que desempeña el papel básico en la tríada catalítica, ya que su p K a permite tanto una catálisis eficaz, la formación de un enlace de hidrógeno con el residuo de ácido y la desprotonación del residuo nucleofílico. La β-lactamasa tipo TEM-1 por su uso es un residuo lisina . El valor muy alto de p K a de la lisina, cercano a 11, se compensa con un residuo de glutamato y varios otros residuos, que actúan para estabilizar su forma desprotonada durante el ciclo catalítico . Para limitar el impedimento estérico , las treonina proteasas utilizan su amida N- terminal como base para aumentar la reactividad catalítica del residuo de treonina.
El residuo ácido actúa alineando y polarizando el residuo básico . Suele ser un residuo de aspartato o glutamato . De hecho, algunas enzimas contienen una "díada catalítica", ya que el componente ácido puede no ser necesario para algunas cisteína proteasas . Por lo tanto, la papaína usa asparagina como el tercer miembro de la tríada, que de ninguna manera puede actuar como un ácido, sino que simplemente dirige la histidina de manera adecuada para la reacción. De manera similar, la peptidasa de la hepatitis A contiene una molécula de agua donde debería estar el residuo ácido. Finalmente, las peptidasas de citomegalovirus utilizan dos residuos de histidina contiguos, uno que actúa como base y el otro en el lugar normalmente ocupado por un residuo ácido; no siendo ácido, sino por el contrario básico, este segundo residuo de histidina conduce a una menor eficacia catalítica para esta enzima.
La quimotripsina se considera uno de los paradigmas de las enzimas a la tríada catalítica, aquí tríada serina - histidina - aspartato .
La misma tríada también ha experimentado una evolución convergente en los pliegues de α / β hidrolasa , como ciertas lipasas y esterasas , pero la quiralidad, sin embargo, se invierte. La acetilcolinesterasa utiliza el equivalente serina - histidina - glutamato .
Varias familias de cisteína proteasas utilizan esta combinación de aminoácidos como tríada catalítica, por ejemplo, proteasa TEV y papaína . Esta tríada de cisteína actúa como la de las serina proteasas, pero con algunas diferencias notables. En particular, el papel de aspartato en la tríada de la papaína no está claro y varias proteasas de cisteína utilizan realmente una díada catalítica, como peptidasa de la hepatitis A .
La tríada catalítica de la peptidasa del citomegalovirus utiliza dos residuos de histidina adyacentes a la base de la ranura y al ácido . Eliminar el "ácido" de la histidina da como resultado una actividad sólo diez veces menor, mientras que eliminar el residuo de aspartato de la quimotripsina conduce a una actividad 10000 veces menor. Esta tríada en particular se ha interpretado como una posible forma de producir una enzima con actividad reducida para controlar la tasa de escisión .