Ferredoxina NADP(H) reductasas: el éxito no siempre va asociado a la eficiencia

EDUARDO A. CECCARELLI; CARRILLO, N.; DANIELA L. CATALANO-DUPUY; MATÍAS A. MUSUMECI; PALADINI, D. H

Buenos Aires

Congreso; LIV Reunion Cientifica Anual de la Sociedad Argentina de Investigaciones Clinicas; 2004

Sociedad Argentina de Investigación Clínica (SAIC)

Las ferredoxinas (flavodoxinas)-NADP(H) reductasas (FNR) son flavoenzimas cuyo grupo prostético es el FAD, FMN o la riboflavina, el cual se encuentra firmemente o covalentemente unido a la cadena polipeptídica. Estas enzimas participan de un amplio espectro de procesos de oxido-reducción. Del total de flavoenzimas conocidas hasta el presente, un 65% han sido clasificadas como oxidoreductasas. Estas catalizan más del 60% del total de reacciones de este tipo en los seres vivos, exhibiendo una versatilidad ausente en enzimas dependientes de otros cofactores. La lógica estructural, el mecanismo catalítico y la regulación de estas enzimas han despertado la curiosidad de investigadores por años y, últimamente, el interés biotecnológico por la versatilidad de compuestos naturales y artificiales que pueden ser sus sustratos. La FNR de plantas, la cual participa de la última etapa del transporte fotosintético de electrones, se ha convertido en el modelo estructural de esta amplia familia de enzimas. Sorprendentemente, la FNR cloroplástica posee una preferencia de 32.000 veces mayor por NADP(H) que por NAD(H), exhibiendo números de recambio entre 20 y 100 veces más alto que FNRs de bacterias. Sin embargo, ellas comparten una extensa similitud estructural. En las FNR de plantas, el FAD se encuentra interaccionando con tres tirosinas altamente conservadas (Y89, Y114 e Y308 en FNR de arveja). Tyr89 posee contactos de tipo van der Waals con la flavina y puente hidrógeno con el ribitil 3´-hidroxilo. Del otro lado de la isoaloxacina el aminoácido terminal Tyr308 se encuentra en una posición prácticamente planar, participando de una interacción aromática o tipo p-p. El estudio detallado de un conjunto de mutantes aromáticos y no aromáticos de estos aminoácidos, la elucidación de estructuras cristalográficas de FNRs mutantes unidas a NADP+ y el análisis de la filogenia de estas proteínas nos han permitido observar los mecanismos por los cuales discriminan a sus sustratos nucleotídicos como así también como modulan sus eficiencias catalíticas de manera de adaptarse a las demandas de las diferentes rutas metabólicas en que se encuentran involucradas. La interacción a través del fostato 2´del NADP no es suficiente para lograr la discriminación contra el NAD+ por parte de la enzima. La tirosina Y308 actuaría incrementando esta discriminación mediante desestabilización de la interacción entre la nicotinamida y la flavina (idéntica para ambos nucleótidos). El mecanismo general puede explicarse de la siguiente forma: para potenciar la discriminación entre sustratos diferentes no solo se utilizarían interacciones con las regiones distintas, sino que se puede debilitar las interacciones con aquellas regiones