Fosfato de piridoxal - Pyridoxal phosphate
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| Nombres | |
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Nombre IUPAC preferido
(4-formil-5-hidroxi-6-metilpiridin-3-il) metil dihidrogenofosfato |
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| Otros nombres
Piridoxal 5-fosfato, PAL-P, PLP, fosfato de vitamina B6
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| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol )
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| CHEBI | |
| CHEMBL | |
| Tarjeta de información ECHA |
100.000.190 
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| Malla | Piridoxal + Fosfato |
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PubChem CID
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| UNII | |
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Tablero CompTox ( EPA )
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| Propiedades | |
| C 8 H 10 NO 6 P | |
| Masa molar | 247,142 g / mol |
| Densidad | 1,638 ± 0,06 g / cm3 |
| Punto de fusion | 139 a 142 ° C (282 a 288 ° F; 412 a 415 K) |
| Acidez (p K a ) | 1,56 |
| Farmacología | |
| A11HA06 ( OMS ) | |
| Riesgos | |
| punto de inflamabilidad | 296,0 ± 32,9 ° C |
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Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
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 verificar ( ¿qué es ?)
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| Referencias de Infobox | |
El fosfato de piridoxal ( PLP , piridoxal 5'- fosfato , P5P ), la forma activa de la vitamina B 6 , es una coenzima en una variedad de reacciones enzimáticas . La Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular ha catalogado más de 140 actividades dependientes de PLP, lo que corresponde a ~ 4% de todas las actividades clasificadas. La versatilidad de PLP surge de su capacidad para unirse covalentemente al sustrato y luego actuar como un catalizador electrófilo, estabilizando así diferentes tipos de intermedios de reacción carbaniónica.
Papel como coenzima
El PLP actúa como coenzima en todas las reacciones de transaminación y en ciertas reacciones de descarboxilación , desaminación y racemización de aminoácidos . El grupo aldehído de PLP forma un enlace de base de Schiff ( aldimina interna ) con el grupo ε-amino de un grupo lisina específico de la enzima aminotransferasa . El grupo α-amino del sustrato de aminoácido desplaza al grupo ε-amino del residuo de lisina del sitio activo en un proceso conocido como transaldiminación. La aldimina externa resultante puede perder un protón, dióxido de carbono o una cadena lateral de aminoácido para convertirse en un intermedio quinonoide, que a su vez puede actuar como nucleófilo en varias vías de reacción.
En la transaminación, después de la desprotonación, el intermedio quinonoide acepta un protón en una posición diferente para convertirse en una cetimina . La cetimina resultante se hidroliza para que el grupo amino permanezca en el complejo. Además, el PLP es utilizado por aminotransferasas (o transaminasas) que actúan sobre azúcares inusuales como la perosamina y la desosamina . En estas reacciones, el PLP reacciona con el glutamato , que transfiere su grupo alfa-amino al PLP para producir piridoxamina fosfato (PMP). El PMP luego transfiere su nitrógeno al azúcar, lo que produce un aminoazúcar .
El PLP también participa en varias reacciones de eliminación beta, como las reacciones llevadas a cabo por la serina deshidratasa y la GDP-4-ceto-6-desoximanosa-3-deshidratasa (ColD) .
También es activo en la reacción de condensación en la síntesis de hemo .
El PLP juega un papel en la conversión de levodopa en dopamina , facilita la conversión del neurotransmisor excitador glutamato en el neurotransmisor inhibidor GABA y permite que SAM se descarboxile para formar propilamina , que es un precursor de las poliaminas.
Papel en el cuerpo humano
El fosfato de piridoxal tiene numerosas funciones en el cuerpo humano. Algunos ejemplos a continuación:
- Metabolismo y biosíntesis de serotonina . El fosfato de piridoxal es un cofactor de la descarboxilasa de L-aminoácidos aromáticos . Esto permite la conversión de 5-hidroxitriptófano (5-HTP) en serotonina (5-HT). Esta reacción tiene lugar en las neuronas serotoninérgicas.
- Metabolismo y biosíntesis de histamina . El fosfato de piridoxal es un cofactor de la L-histidina descarboxilasa . Esto permite la conversión de histidina en histamina. Esta reacción tiene lugar en el aparato de Golgi en los mastocitos y en los basófilos . A continuación, la histamina se almacena en granularidad en los mastocitos como un complejo con residuos ácidos de heparina proteoglicano, mientras que en los basófilos como un complejo con sulfato de condroitina.
- Metabolismo y biosíntesis de GABA (ácido γ-aminobutírico) . El fosfato de piridoxal es un cofactor de la descarboxilasa del ácido glutámico (GAD). Esto permite la conversión de glutamato en GABA. La reacción tiene lugar en el citoplasma de la terminación de las neuronas GABA-ergicas, por lo que la deficiencia de vitamina B 6 puede causar ataques epilépticos en los niños. El fosfato de piridoxal también participa en la desaminación oxidativa de GABA, donde es un cofactor de la aminotransferasa GABA.
- Metabolismo de la ornitina . El fosfato de piridoxal es un cofactor de la ornitina carboxilasa.
- Transaminación . El fosfato de piridoxal participa en la descomposición y síntesis de aminoácidos .
Ejemplos no clásicos de PLP
El PLP también se encuentra en la glucógeno fosforilasa en el hígado, donde se usa para descomponer el glucógeno en la glucogenólisis cuando el glucagón o la epinefrina le indican que lo haga. Sin embargo, esta enzima no explota el grupo aldehído reactivo, sino que utiliza el grupo fosfato en PLP para realizar su reacción.
Aunque la gran mayoría de las enzimas dependientes de PLP forman una aldimina interna con PLP a través de un residuo de lisina del sitio activo, algunas enzimas dependientes de PLP no tienen este residuo de lisina, sino que tienen una histidina en el sitio activo. En tal caso, la histidina no puede formar la aldimina interna y, por lo tanto, el cofactor no se une covalentemente a la enzima. La GDP-4-ceto-6-desoximanosa-3-deshidratasa (ColD) es un ejemplo de dicha enzima. La serina hidroximetiltransferasa 2 humana regula las reacciones de transferencia de un carbono necesarias para el metabolismo de aminoácidos y nucleótidos, y existe en formas diméricas y tetraméricas. La variante dimérica SHMT2 es un potente inhibidor del complejo enzimático deubiquitylasa BRISC, que regula la señalización celular de base inmunitaria. Estudios recientes muestran que la tetramerización de SJMT2 es inducida por PLP. Esto evita la interacción con el complejo deubiqutilasa BRISC, lo que potencialmente vincula los niveles de vitamina B6 y el metabolismo con la inflamación.
Mecanismo catalítico
Las enzimas dependientes de piridoxal-5′-fosfato (enzimas PLP) catalizan innumerables reacciones. Aunque el alcance de las reacciones catalizadas por PLP parece ser inmenso, el principio unificador es la formación de una aldimina derivada de lisina interna. Una vez que el sustrato amino interactúa con el sitio activo, se genera una nueva base de Schiff, comúnmente conocida como aldimina externa. Después de este paso, la ruta para cada reacción catalizada por PLP diverge.
Especificidad
La especificidad viene conferida por el hecho de que, de los cuatro enlaces del carbono alfa del estado de aldimina del aminoácido, el enlace perpendicular al anillo de piridina se romperá ( Hipótesis estereoelectrónica de Dunathan ). En consecuencia, la especificidad viene dictada por la forma en que las enzimas se unen a sus sustratos. Un papel adicional en la especificidad lo juega la facilidad de protonación del nitrógeno del anillo de piridina .
Enzimas PLP
El PLP se retiene en el sitio activo no solo gracias a la lisina, sino también gracias a la interacción del grupo fosfato y una bolsa de unión de fosfato y, en menor medida, gracias al apilamiento de bases del anillo de piridina con un residuo aromático que sobresale, generalmente tirosina. (que también puede participar en la catálisis ácido-base). A pesar de los requisitos limitados para un bolsillo de unión a PLP, las enzimas PLP pertenecen solo a cinco familias diferentes. Estas familias no se correlacionan bien con un tipo particular de reacción. Las cinco familias se clasifican como tipos de pliegue seguidos de un número romano.
- Pliegue Tipo I - familia de las aspartato aminotransferasas
- Fold Type II - familia de la triptófano sintasa
- Pliegue tipo III - familia de la alanina racemasa (barril TIM)
- Doblez Tipo IV - Familia de las D-aminoácidos aminotransferasas
- Fold Type V - familia de la glucógeno fosforilasa
Biosíntesis
De vitamers
Los animales son auxótrofos para este cofactor enzimático y lo requieren o un intermedio para ser suplementado, de ahí su clasificación como vitamina B 6 , a diferencia de MoCo o CoQ10 por ejemplo. El PLP se sintetiza a partir del piridoxal por la enzima piridoxal quinasa , lo que requiere una molécula de ATP. El PLP se metaboliza en el hígado.
Prototrofia
Actualmente se conocen dos vías naturales para PLP: una requiere desoxilulosa 5-fosfato (DXP), mientras que la otra no, por lo que se conocen como dependientes de DXP e independientes de DXP. Estas vías se han estudiado ampliamente en Escherichia coli y Bacillus subtilis , respectivamente. A pesar de la disparidad en los compuestos de partida y el diferente número de pasos requeridos, las dos vías poseen muchos puntos en común.
Biosíntesis dependiente de DXP
La ruta biosintética dependiente de DXP requiere varios pasos y una convergencia de dos ramas, una que produce 3-hidroxi-1-aminoacetona fosfato a partir de eritrosa 4-fosfato , mientras que la otra (enzima única) produce desoxilulosa 5-fosfato (DXP) a partir de gliceraldehído 3 -fosfato (GAP) y piruvato . El producto de condensación de fosfato de 3-hidroxi-1-aminoacetona y 5-fosfato de desoxilulosa es piridoxina 5'-fosfato . La condensación es catalizada por PNP sintasa , codificada por pdxJ , que crea PNP (piridoxina 5 'fosfato). La enzima final es la PNP oxidasa ( pdxH ), que cataliza la oxidación del grupo hidroxilo 4 'a un aldehído usando dioxígeno, lo que da como resultado peróxido de hidrógeno.
La primera rama es catalizada en E. coli por enzimas codificadas por epd , pdxB , serC y pdxA . Estos comparten similitudes mecánicas y homología con las tres enzimas en la biosíntesis de serina ( serA (homólogo de pdxB ), serC , serB ; sin embargo, epd es un homólogo de gap ), lo que apunta hacia un origen evolutivo compartido de las dos vías. En varias especies existen dos homólogos del gen serC de E. coli , generalmente uno en un operón ser ( serC ) y el otro en un operón pdx, en cuyo caso se denomina pdxF .
Se encontró una "vía fortuita" en una biblioteca de sobreexpresión que podría suprimir la auxotrofia causada por la deleción de pdxB (que codifica la eritronato 4 fosfato deshidrogenasa) en E. coli . La vía fortuita fue muy ineficaz, pero fue posible debido a la actividad promiscua de varias enzimas. Comenzó con 3-fosfohidroxipiruvato (el producto de la enzima codificada por serA en la biosíntesis de serina) y no requirió eritronato-4-fosfato. El 3PHP se desfosforiló, lo que resultó en un intermedio inestable que se descarboxila espontáneamente (de ahí la presencia del fosfato en la vía biosintética de la serina) a gliccaldehído. Se condensó gliccaldehído con glicina y el producto fosforilado fue 4-fosfohidroxitreonina (4PHT), el subestado canónico de 4-PHT deshidrogenasa ( pdxA ).
Biosíntesis independiente de DXP
La ruta biosintética de PLP independiente de DXP consiste en un paso catalizado por PLP-sintasa, una enzima compuesta por dos subunidades. PdxS cataliza la condensación de ribulosa 5-fosfato, gliceraldehído-3-fosfato y amoníaco , esta última molécula es producida por PdxT que cataliza la producción de amoníaco a partir de glutamina . PdxS es un barril (β / α) 8 (también conocido como barril TIM) que forma un dodecamer.
Síntesis abiótica
La utilización generalizada de PLP en el metabolismo central, especialmente en la biosíntesis de aminoácidos, y su actividad en ausencia de enzimas, sugiere que el PLP puede ser un compuesto "prebiótico", es decir, anterior al origen de la vida orgánica (no debe confundirse con compuestos prebióticos , sustancias que sirven como fuente de alimento para las bacterias beneficiosas). De hecho, calentar NH3 y glicoaldehído forma espontáneamente una variedad de piridinas, incluido el piridoxal. En determinadas condiciones, el PLP se forma a partir de cianoacetileno, diacetileno, monóxido de carbono, hidrógeno, agua y un ácido fosfórico.
Inhibidores
Se conocen varios inhibidores de las enzimas PLP.
Un tipo de inhibidor forma un electrófilo con PLP, lo que hace que reaccione irreversiblemente con la lisina del sitio activo. Los compuestos acetilénicos (por ejemplo, propargilglicina) y los compuestos vinílicos (por ejemplo, vinilglicina) son tales inhibidores. Un tipo diferente de inhibidor inactiva PLP, y tales son los análogos de sustrato α-metil y amino-oxi (por ejemplo, α-metilglutamato). Aún otros inhibidores tienen buenos grupos salientes que atacan nucleofílicamente al PLP. Tal es la cloroalanina , que inhibe una gran cantidad de enzimas.
Ejemplos de inhibidores:
- Levotiroxina En ratas a las que se les administra solo 10 µg de D, L-tiroxina al día durante 15 días, la actividad de la cisteína desulfhidrasa hepática desaparece y las actividades de la serina y treonina deshidrasa y alanina glutamato transaminasa disminuyen aproximadamente un 40%. La alimentación in vivo de piridoxal-5-fosfato o la adición in vitro de la coenzima a las preparaciones hepáticas restauran la actividad completa de todas estas enzimas, y la ligera inhibición in vitro en presencia de tiroxina 10-5 M también se revierte con piridoxal- 5-fosfato.
- La piridoxina en forma inactiva inhibe competitivamente el piridoxal-5'-fosfato activo. En consecuencia, los síntomas de la suplementación con vitamina B6 en forma de piridoxina pueden imitar los de la deficiencia de vitamina B6; un efecto que puede evitarse complementando con P5P en su lugar.
- AlaP (fosfonato de alanina) inhibe las racemasas de alanina , pero su falta de especificidad ha dado lugar a nuevos diseños de inhibidores de ALR.
- La gabaculina y la vigabatrina inhiben la aminotransferasa GABA
- La canalina y la 5-fluorometilornitina inhiben la ornitina aminotransferasa
- Amino-oxi SAM inhibe la ACC sintasa
Evolución
Las enzimas dependientes de piridoxal-5-fosfato (vitamina B6) tienen múltiples orígenes evolutivos. Las enzimas B6 generales divergieron en cuatro líneas evolutivas independientes: familia α (es decir, aspartato aminotransferasa ), familia β (serina deshidratasa), familia D- alanina aminotransferasa y familia alanina racemasa . Un ejemplo de la similitud evolutiva en la familia Beta se ve en el mecanismo. Las enzimas β son todas liasas y catalizan reacciones en las que participan Cα y Cβ. En general, en las enzimas dependientes de PLP , la PLP en todos los casos está unida covalentemente mediante un enlace imina al grupo amino en el sitio activo.