Enzima

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 312 (2023) Citar este artigo

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O piridoxal-5′-fosfato (PLP) é um cofator versátil que auxilia em diversos tipos de reações enzimáticas. Também foi relatado que o PLP reage com substratos e catalisa algumas dessas reações independentemente de enzimas. Uma dessas reações catalíticas é a quebra da cisteína para produzir sulfeto de hidrogênio (H2S) na presença de íons metálicos multivalentes. No entanto, a actividade catalítica independente da enzima da PLP na catabolização da cisteína na ausência de iões multivalentes é desconhecida. Neste estudo, mostramos que o PLP reage com a cisteína para formar um produto tiazolidina, que é apoiado por cálculos químicos quânticos do espectro de absorção. A reação do PLP com a cisteína depende da força iônica e do pH. O produto tiazolidina se decompõe lentamente para produzir H2S e o PLP se regenera para sua forma ativa com tempos de reação mais longos (> 24 h), sugerindo que o PLP pode atuar como catalisador. Propomos um mecanismo de reação plausível independente de enzima para a quebra de cisteína catalisada por PLP para produzir H2S, que prossegue através da formação de intermediários de anel de tiazolidina que posteriormente hidrolisam lentamente para regenerar o PLP. Este trabalho demonstra que o PLP catalisa a quebra da cisteína na ausência de enzimas, bases e íons metálicos multivalentes para produzir H2S.

Descoberto em 1942 por Snell et al. piridoxal-5′-fosfato (PLP) é a forma metabolicamente ativa da vitamina B6. É um dos cofatores mais versáteis para enzimas que catalisam uma infinidade de reações com aminoácidos1. O PLP como cofator é usado em quase 4% de todas as atividades enzimáticas2. Enzimas dependentes de PLP catalisam transaminações, racemizações, descarboxilações, substituições e eliminações α, β e γ, transaldolações, condensações de Claisen e, mais recentemente, desaminações oxidativas na presença de aminoácidos . Curiosamente, o PLP também é capaz de catalisar algumas destas reações de forma independente da enzima. Transaminações, substituições α, β e descarboxilações com aminoácidos são catalisadas por PLP e íons metálicos multivalentes de forma não enzimática em soluções aquosas , embora também tenha sido relatado que ocorrem lentamente sem íons metálicos12. Por exemplo, o PLP, na ausência de enzimas, sofre transaminação lenta quando aquecido com aminoácidos para produzir piridoxamina4. Estes estudos concluíram que o grupo aldeído do PLP atua como sítio ativo e reage rápida e reversivelmente com aminoácidos para formar bases de Schiff, que dependendo de outras condições de reação, reagem ainda mais para formar produtos. Como o PLP gera esses produtos independentemente da enzima, é importante compreender a interação direta do PLP com os aminoácidos essenciais.

O papel catalítico independente de enzima do PLP na reação com cisteína na ausência de íons metálicos multivalentes ainda não foi explorado. Isso ocorre porque a reação do PLP com a cisteína tem sido amplamente relatada para formar um produto estável, um anel tiazolidina, por meio de condensação13,14,15,16,17. Os primeiros estudos concluíram que a formação do anel tiazolidina ocorre em três etapas: primeiro a adição do grupo amina da cisteína no grupo aldeído do PLP, segundo a remoção da água para formar uma base aldimínica de Schiff e o terceiro fechamento do anel (Fig. 1A) . O anel tiazolidínico foi relatado como estável por mais de 24 horas, entretanto, estudos mais longos não foram relatados15. Alternativamente, o grupo tiol da cisteína também pode reagir com o grupo aldeído do PLP para formar um intermediário hemimercaptal ou mercaptal. Curiosamente, quando derivados de cisteína, como S- (fenil substituído por p) cisteínas, reagiram com PLP em condições ligeiramente alcalinas, eles sofreram eliminações α, β para produzir amônia, piruvato e análogos S- (fenil substituído por p) e o PLP é regenerado (Fig. 1B). Isto confirmou o papel catalítico do PLP na degradação da cisteína substituída por S em condições ligeiramente alcalinas .