En muchos artículos se informa que algunos residuos en el sitio activo de las enzimas deben protonarse para obtener una enzima funcional, donde estos residuos tienen un pKa bajo (digamos 5).
¿Cómo puede suceder eso en las condiciones fisiológicas (con pH=~7.4)?
Se menciona que está ocurriendo un aumento en el valor de pKa durante la actividad catalítica para llegar a ese estado de protonación. Pero, ¿cómo está sucediendo eso?
Aquí hay una publicación donde se describe esta protonación y aumento de pKa.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7306491
Esta conclusión se confirma por el resultado de que un grupo con un valor de pK de 6,7 debe protonarse para la unión de metotrexato. Se propone que la unión implica la formación con N-5 de dihidrofolato o N-1 de metotrexato de un enlace de hidrógeno que tiene un carácter iónico considerable y que se encuentra dentro de un entorno hidrofóbico. Además, se sugiere que el mismo hidrógeno actúa como catalizador auxiliar que facilita la transferencia de hidruro de NADPH a dihidrofolato para su conversión a tetrahidrofolato. La evidencia para respaldar esta sugerencia proviene del hallazgo de que el perfil V es similar al perfil V/K excepto que el pK del grupo que debe protonarse para una actividad enzimática máxima se desplaza hacia arriba en aproximadamente 2 unidades de pH. Tal aumento en un valor de pK es consistente con la formación de un enlace iónico de hidrógeno en el complejo ternario enzima-NADPH-dihidrofolato. Los resultados de los experimentos de inactivación con trinitrobencenosulfonato parecen indicar que se necesita un residuo de lisina para mantener la enzima en su conformación activa.
En términos generales, aunque el pH fisiológico es generalmente ~7,4, este no es necesariamente el pH dentro del sitio activo de la enzima. La maquinaria catalítica de la enzima puede experimentar un pH completamente diferente por una de dos razones: 1) porque la enzima está ubicada en un lugar donde el pH simplemente no es 7.4, y 2) la composición de aminoácidos de la enzima cambia el pH en el sitio activo o el pKa de los residuos del sitio activo en relación con el entorno circundante, de modo que el pH local efectivo en el sitio catalítico sea inferior o superior a 7,4.
Por ejemplo, hay lugares en los seres humanos, como el estómago o alrededor de las células musculares durante la respiración anaeróbica, donde el pH es realmente ácido en relación con el pH fisiológico estándar de 7,4, debido a la presencia de HCl o ácido láctico, respectivamente. Además, ciertos orgánulos subcelulares, como los lisosomas, también son relativamente ácidos, ya que son un sitio para descomponer las proteínas en aminoácidos.
Sin embargo, el caso presentado en este documento parece ser un ejemplo de la segunda situación, donde una enzima que se encuentra en un entorno de pH neutro depende de uno o más aminoácidos protonados para realizar la catálisis. Esto es relativamente común. Básicamente, el sitio activo de la enzima tiene una composición de aminoácidos que, cuando se pliega correctamente, altera el pH local alrededor de los residuos catalíticos para favorecer la catálisis. Por ejemplo, en la enzima acetilcolinesterasa , el sitio activo de la serina se vuelve nucleofílico al colocarse junto a un glutamato y una histidina, en un arreglo denominado tríada catalítica.. El glutamato es un residuo ácido y su proximidad a la histidina significa que estabilizará la forma protonada de la histidina. Energéticamente, esto hace que la protonación de la histidina sea muy favorable. Esto hace que la histidina tome un protón de la serina del sitio activo. Ahora que el oxígeno de la serina está desprotonado, puede actuar como un nucleófilo fuerte. Después de que la serina forme una interacción covalente con el sustrato, la histidina facilitará un ataque nucleofílico similar por parte de una molécula de agua, regenerando la enzima y completando el ciclo catalítico.
Algo similar se observa con la betalactamasa TEM-1 . En este caso, TEM-1 usa una lisina (pKa ~11) en lugar de histidina (pKa ~6), por lo que múltiples residuos ácidos están en el sitio activo para facilitar la desprotonación de la lisina durante el ciclo catalítico. En efecto, la composición de aminoácidos del sitio activo permite la mezcla de protones necesarios para la catálisis.
Entonces, para resumir, mientras que el pH fisiológico se considera ampliamente como 7.4, la maquinaria catalítica de una enzima puede experimentar un pH muy diferente a través de la localización celular/fisiológica o a través de la composición de aminoácidos del sitio activo. En este último caso, la presencia de residuos ácidos o básicos puede alterar el estado de protonación de otros residuos ácidos o básicos, lo que significa que el pKa efectivo de estos residuos o el pH efectivo alrededor de ellos es superior o inferior a 7,4.
usuario37894
canadiense
Hayden S.
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