Mecanismo de la esfera interna para la reducción de oxígeno molecular catalizado por el cobre amine oxidases

Área de la Ciencia:

• La bioquímica es la bioquímica.
• Enzimología Enzimología.
• Química bioorgánica Química bioorgánica.

Sus antecedentes:

• El cobre y la topaquinona (TPQ) que contienen aminas oxidasas son cruciales para el metabolismo biogénico de las aminas, utilizando O2 y generando H2O2.
• El mecanismo preciso de la reducción de O2 en estas enzimas ha sido objeto de debate debido a la compleja transferencia de electrones acoplados a protones y rápidos equilibrios.
• Los estudios anteriores se vieron obstaculizados por la dificultad de caracterizar la forma reactiva de la enzima.

Objetivo del estudio:

• Para dilucidar el mecanismo de reducción de O2 en las amino-oxidasas que contienen cobre.
• Para caracterizar el estado reactivo de la aminooxidasa de las plántulas de guisantes (PSAO) reducida por el sustrato.
• Proponer un nuevo modelo mecanicista para la reducción de O2 basado en datos experimentales y computacionales.

Principales métodos:

• Estudios cinéticos a través de diferentes pH, temperatura y viscosidad.
• Identificación de los intermediarios de estado estacionario.
• Análisis de los efectos competitivos de los isótopos cinéticos del oxígeno ((18) O KIEs) y cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales resultados:

• El PSAO reducido al sustrato existe predominantemente en el estado de semicinona Cu(I), TPQ.
• El (18) O KIE es independiente de la temperatura y se ve afectado mínimamente por los cambios de pH, lo que indica un proceso cinético simple.
• Los cálculos de DFT apoyan la unión reversible de O2 a Cu (I) formando un intermediario de superóxido, seguido de una transferencia de electrones irreversible desde la semiquinona TPQ para obtener un intermediario de peróxido.

Conclusiones:

• Se propone un nuevo mecanismo para la reducción de O2, que implica la unión inicial reversible de O2 a Cu (I) y la posterior transferencia de electrones de la semiquinona TPQ.
• Los hallazgos aclaran el estado reactivo del PSAO y los pasos iniciales de la reducción del oxígeno.
• (18) KIEs similares en otras amino-oxidasas de cobre sugieren un mecanismo de reacción de esfera interna conservado en toda la familia de enzimas.