Enzima

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 312 (2023) Citar este artigo

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O piridoxal-5'-fosfato (PLP) é um cofator versátil que auxilia em diferentes 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 atividade catalítica independente de enzima de PLP na catabolização de cisteína na ausência de íons multivalentes é desconhecida. Neste estudo, mostramos que PLP reage com cisteína para formar um produto tiazolidina, que é suportado por cálculos químicos quânticos do espectro de absorção. A reação de PLP com cisteína depende da força iônica e do pH. O produto tiazolidina se decompõe lentamente para produzir H2S e o PLP se regenera em sua forma ativa com tempos de reação mais longos (> 24 h), sugerindo que o PLP pode atuar como um 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 do anel tiazolidina que depois hidrolisa lentamente para regenerar o PLP. Este trabalho demonstra que o PLP catalisa a degradação 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 aminoácidos3. Curiosamente, o PLP também é capaz de catalisar algumas dessas reações de maneira independente da enzima. Transaminações, substituições α, β e descarboxilações com aminoácidos são catalisadas por PLP e íons metálicos multivalentes não enzimaticamente em soluções aquosas4,5,6,7,8,9,10,11, embora também tenham sido relatados que ocorrem lentamente sem íons metálicos12. Por exemplo, o PLP na ausência de enzimas sofre transaminação lenta quando aquecido com aminoácidos para produzir piridoxamina4. Esses estudos concluíram que o grupo aldeído de PLP atua como o sítio ativo e reage rápida e reversivelmente com aminoácidos para formar bases de Schiff, que dependendo de outras condições de reação, reagem posteriormente para formar produtos. Como o PLP gera esses produtos independentemente da enzima, é importante entender 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 porque a reação de PLP com cisteína tem sido amplamente relatada para formar um produto estável, um anel tiazolidínico, via 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 de Schiff aldimínica e o terceiro fechamento do anel (Fig. 1A) . Relatou-se que o anel tiazolidínico é estável por mais de 24 h, porém 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 mercaptal17. Curiosamente, quando derivados de cisteína, como S-(p-fenil substituído) cisteínas, foram reagidos com PLP em condições ligeiramente alcalinas, eles sofrem eliminações α, β para produzir amônia, piruvato e S-(p-fenil substituído) análogos e o PLP é regenerado (Fig. 1B). Isso confirmou o papel catalítico do PLP na degradação da cisteína S-substituída em condições ligeiramente alcalinas18,19.