Azurina

La azurina es una pequeña proteína bacteriana periplásmica de cobre azul que se encuentra en las bacterias Pseudomonas , Bordetella o Alcaligenes . La azurina modera la transferencia de un solo electrón entre las enzimas asociadas a la cadena del citocromo mediante una reacción de oxidación-reducción entre Cu(I) y Cu(II) . Cada monómero de un tetrámero de azurina tiene un peso molecular aproximado de 14 kDa, contiene un átomo de cobre, es de un intenso color azul y presenta una banda de emisión de fluorescencia centrada en 308 nm. 

Las azurinas y pseudoazurinas participan en los procesos de desnitrificación en bacterias, ^{[ 1 ]} incluyendo la bacteria gramnegativa Pseudomonas aeruginosa , al interactuar con el citocromo c551. La azurina de P. aeruginosa es una proteína de cobre azul de tipo I (cupredoxina), mientras que el citocromo c551 (9 kDa) es un citocromo que contiene hemo . La azurina posee una región hidrofóbica relativamente grande cerca del sitio activo, y se cree que dos residuos en esta región hidrofóbica, Met-44 y Met-64, están involucrados en su interacción con los socios redox citocromo c551 y nitrito reductasa . ^{[ 2 ]}

Aunque no guarda relación con su propiedad de transferencia de electrones, se ha descubierto que la azurina posee propiedades anticancerígenas a través de su interacción con la proteína supresora de tumores p53.

En su forma oxidada, la azurina (Cu ²⁺ Az) recibe un electrón de su pareja redox y se reduce según la siguiente reacción:

Cu ²⁺ Az + e ⁻ → Cu ⁺ Az

El potencial redox es de 310 mV. ^{[ 3 ]}

La estructura de lámina beta altamente interconectada de la azurina está fuertemente acoplada a su centro de transferencia de electrones (el lado de unión al cobre). ^{[ 4 ]} Existe evidencia experimental considerable que sugiere que los enlaces de hidrógeno desempeñan un papel en el mecanismo de transferencia de electrones a larga distancia de la azurina. En conjunto, estas observaciones sugieren que los electrones se desplazan por efecto túnel a través de la proteína a lo largo de su cadena polipeptídica y los enlaces de hidrógeno, lo que convierte a la azurina en un sistema modelo útil para estudiar la transferencia de electrones intraproteica de largo alcance (LRET). ^{[ 4 ]}

La azurina es una proteína monomérica que pesa aproximadamente 14 kDa y está compuesta por 128 aminoácidos que forman ocho hebras beta dispuestas en una estructura de barril beta. ^{[ 5 ]} Las hebras están conectadas por giros y una única inserción de hélice alfa. ^{[ 5 ]} Un sitio de unión de cobre de un solo átomo se encuentra aproximadamente a 7 Å por debajo de la superficie de cada monómero hacia su extremo norte; el átomo de cobre que lo ocupa está coordinado por cinco ligandos rodeados por una extensa región hidrofóbica. ^{[ 6 ]}

Los tres ligandos de cobre ecuatoriales están compuestos por un tiolato (Cys112) y dos imidazoles (His46, His117), y los átomos de oxígeno carbonílico de Gly45 y Met121 actúan como los dos ligandos axiales débiles. ^{[ 5 ]} Con la excepción de Gly45, la configuración de unión al cobre anterior es común a las estructuras de todas las proteínas de unión al cobre de tipo 1 azules determinadas hasta el momento. ^{[ 7 ]} Una vez coordinado, el complejo ligando-metal adopta una geometría bipiramidal trigonal distorsionada que estabiliza el estado reducido cuproso (Cu(I)) de la proteína en relación con el estado oxidado cúprico (Cu(II)). ^{[ 5 ]} El enlace inverso impuesto estructuralmente entre los orbitales d del cobre y los orbitales p de su ligando puede estabilizar aún más el estado cuproso. ^{[ 8 ]}

La información estructural existente sobre la azurina se ha derivado en gran medida de estudios de cristalografía de rayos X de formas mutadas en un solo sitio de la proteína. Entre las características estructurales notables dilucidadas por cristalografía se incluyen el motivo de sándwich beta formado por ocho hebras beta entrelazadas, ^{[ 5 ]} así como un segmento de hélice alfa fuera del barril que une las láminas beta 4 y 5. ^{[ 5 ]}

Aunque el potencial redox Cu(I)/Cu(II) suele ser mayor para la azurina que para la mayoría de los demás complejos de cobre, estudios estructurales en los que se sustituye Met121 (uno de los ligandos de coordinación de cobre ecuatoriales de la azurina) han demostrado que la ausencia de un ligando tiolato de cobre no impide potenciales de reducción elevados, ya que los grandes residuos hidrofóbicos en la posición 121 también aumentan el potencial redox del átomo de cobre. ^{[ 8 ]} Por lo tanto, los potenciales redox más altos se han atribuido a la exclusión del agua del sitio de unión al metal, una condición aumentada por la presencia de residuos hidrofóbicos voluminosos. ^{[ 8 ]}

Por el contrario, los residuos con carga negativa disminuyen el potencial redox, ya que estabilizan la forma cúprica del ion cobre, que tiene una carga más positiva. ^{[ 8 ]}

Cuando se expresa en organismos fijadores de nitrógeno, la azurina actúa como donante de electrones para la nitrito reductasa , una enzima en la vía de desnitrificación del ciclo del nitrógeno . ^{[ 9 ]}

Las azurinas apoyan la desaminación oxidativa de aminas primarias transfiriendo electrones de la amina deshidrogenasa aromática a la citocromo oxidasa , así como de algunos citocromos de tipo c a las nitrito reductasas. ^{[ 10 ]}

La azurina ha captado una atención significativa como posible agente terapéutico para diversas enfermedades, incluido el cáncer. ^{[ 11 ]} In vivo, se ha demostrado que induce la regresión del tejido de melanoma humano y cáncer de mama con mínimos efectos tóxicos para el organismo. ^{[ 11 ]}

La azurina ingresa preferentemente a las células cancerosas a través del dominio p28 de la enzima, que corresponde aproximadamente a la región alfa-helicoidal extendida de la enzima. ^{[ 11 ]} En las células cancerosas, la azurina forma complejos con p53 , estabilizándola e impidiendo su asociación con las ubiquitina ligasas E3 , que de otro modo se unirían a la proteína y la marcarían para su destrucción. ^{[ 12 ]} Cuatro moléculas de azurina se unen a cada monómero de p53 con alta afinidad. ^{[ 12 ]} El complejo p53/azurina viaja al núcleo, donde p53 regula positivamente la transcripción de los genes proapoptóticos Bax y Noxa . ^{[ 12 ]} P53 también activa la expresión de inhibidores del ciclo celular, impidiendo que las células tumorales progresen más allá de la fase G1 o S. ^{[ 12 ]} Aunque esta vía juega un papel significativo en la actividad anticancerígena de la azurina, los detalles de la interacción entre la azurina y p53 no se comprenden bien.

Un ensayo clínico de fase I en Estados Unidos demostró efectos de regresión tumoral parcial y completa en quince pacientes con cáncer en estadio IV tratados con el fragmento de aminoácidos p28 de la azurina. ^{[ 13 ]} Otro ensayo de fase I con el fragmento p28 demostró los efectos terapéuticos de la azurina contra pacientes pediátricos con tumores cerebrales; posteriormente, la FDA de EE. UU. aprobó la designación de p28 como medicamento huérfano para el glioma . ^{[ 14 ]}

Otros dominios de la azurina también pueden exhibir una fuerte actividad anticancerígena al unirse a receptores tirosina quinasas de la superficie celular , como los receptores EphB2, que inducen la angiogénesis en las células cancerosas. ^{[ 14 ]} Este es otro mecanismo por el cual se ha propuesto que la azurina ejerce sus efectos terapéuticos.

• Familia de proteínas fijadoras de cobre: ​​la plastocianina.