Hispanopedia WikiEn enzimología , la creatinasa ( EC 3.5.3.3 ), también conocida como creatina amidinohidrolasa, se clasifica como una enzima hidrolasa que actúa sobre los enlaces carbono-nitrógeno en las amidinas lineales. [ 1 ] Específicamente, esta enzima rompe el enlace amidino-CN en la creatina , produciendo sarcosina y urea . [ 2 ] Se ha descrito la actividad de la creatinasa en varias especies bacterianas, sobre todo en Pseudomonas putida , donde la enzima desempeña un papel clave en el metabolismo de la creatina como fuente de nitrógeno y carbono . [ 1 ]
Organismos y descubrimiento
La creatinasa fue identificada por primera vez por Roche, Lacombe y Girard en 1950 [ 3 ] en Pseudomonas eisenbergii y P. ovalis . Es producida por otros géneros bacterianos, incluidos Bacillus , Flavobacterium , Micrococcus , Alcaligenes , Clostridium , Arthrobacter y Paracoccus , y también por otras especies de Pseudomonas . [ 1 ] [ 4 ]
En P. putida , la creatinasa está codificada por el gen creA y permite el crecimiento utilizando creatina como única fuente de nitrógeno. La expresión de creA está regulada por CahR, un regulador AraC/GAT-R que activa la expresión génica en presencia de creatina. [ 5 ] Este gen también se ha clonado en Escherichia coli . [ 2 ]
Estructura
La creatinasa es una enzima homodimérica con una masa molecular calculada de aproximadamente 94.000 ± 2.000 Da. [ 6 ] [ 2 ] Cada subunidad monomérica contiene 403 residuos de aminoácidos divididos entre dos dominios estructurales distintos. [ 2 ] La enzima fue purificada y cristalizada en 1976 [ 6 ] después de ser extraída de P. putida .
Dominios
La creatinasa tiene dos dominios:
- Un pequeño dominio N-terminal (160 residuos de aminoácidos)
- Un gran dominio C-terminal (240 residuos de aminoácidos)
Cada subunidad monomérica asociada no covalentemente consta de ambos dominios. Las subunidades interactúan entre sí mediante aproximadamente 20 enlaces de hidrógeno y cuatro pares iónicos , lo que proporciona estabilidad al dímero. Los dos dominios en cada subunidad monomérica están conectados de forma más laxa, con solo seis enlaces de hidrógeno y un par iónico entre ellos, y sin enlaces disulfuro intra- o intermoleculares . [ 2 ]
Al examinar más de cerca los dos dominios, se describieron las siguientes estructuras en 1988: [ 7 ]
- Dominio N-terminal
- Una lámina β plegada central de 7 hebras con 6 hélices α cortas en el exterior.
- Un fuerte giro a la izquierda de 100 grados entre los extremos de las hebras.
- Alineación paralela y antiparalela de las hebras
- Cuatro hélices α en el lado de la lámina β que mira hacia el otro dominio, y
- Dos hélices α en el lado de la lámina β que mira hacia el disolvente.
- Dominio C-terminal
- Un semibarril β antiparalelo de 6 hebras con 4 hélices α en el exterior y 2 bucles extendidos.
- Una hendidura creada por las hebras en el semibarril β, que alberga el sitio activo.
- Las cuatro hélices α en el exterior del surco para estabilización, y
- Un eje de simetría pseudo doble
Se ha sugerido, tras experimentos de inhibición, que un grupo sulfhidrilo se encuentra en el sitio activo de la enzima o cerca de él. [ 8 ]
Vía de reacción
La creatinasa cataliza la reacción química.
![{\displaystyle {(\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {N} )(\mathrm {HN} )\mathrm {CN} (\mathrm {CH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}})\mathrm {CH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {H} {}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightleftharpoons } {}\mathrm {CH} {\vfantasma {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {N} (\mathrm {H} )\mathrm {CH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {H} {}+{}\mathrm {CO} (\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c5ff9b2634ca9ed8ecde7a56a8c4b826842c5fc6)
- creatina + H 2 Osarcosina + urea [ 7 ]
Unión del sustrato
La creatina se une al interior del surco β-medio barril del gran dominio C-terminal, formando enlaces de hidrógeno entre sus grupos amidino y carboxilo y los residuos de aminoácidos de la enzima. Un ion metálico, ya sea Zn²⁺ o Mn²⁺ , se utiliza para estabilizar el sustrato y polarizar el grupo amidino.
División del agua
El ion metálico unido, junto con un par glutamato-histidina, activa y disocia una molécula de agua de la solución circundante. Esto genera un ion hidróxido dentro del sitio activo.
Ruptura del vínculo CN y liberación del producto
El ion hidróxido se une al átomo de carbono del grupo amidino de la creatina, formando un producto intermedio tetraédrico. Este producto intermedio se descompone y rompe el enlace C-N, liberando urea. El resto de la molécula se reorganiza para formar sarcosina, y ambos productos se difunden fuera del sitio activo.
Importancia en el metabolismo
Para las bacterias del suelo, la creatinasa permite que los organismos procesen el carbono y el nitrógeno que provienen de los desechos animales, degradando la creatina que se produce en el riñón, el hígado y el páncreas y se excreta a través de la orina. [ 1 ] Los tejidos animales utilizan la creatina para amortiguar la carga de los transportadores de alta energía durante la rápida conversión de ADP a ATP, lo que crea 1-metilhidantoína . [ 5 ] Para evitar la acumulación, los animales excretan creatina y creatinina en la orina.
En humanos, la creatinasa se utiliza en mediciones enzimáticas de la concentración de creatinina para el diagnóstico de enfermedades renales y musculares. [ 1 ] La enzima cataliza el segundo paso de un ensayo de creatina acoplado, que se utiliza para monitorizar la tasa de filtración de los glomérulos renales. [ 2 ]
Energética y cinética
Los parámetros de actividad relacionados con la energética y la cinética de la enzima se describen a continuación. Estos parámetros se describieron mediante ensayos enzimáticos clásicos en estado estacionario. [ 2 ] [ 6 ]
Referencias
- "RCSB PCD - Mecanismo enzimático de la creatina amidinohidrolasa deducido a partir de estructuras cristalinas" .
- 1 2 3 4 5 Afshari, Elnaz; Amini-Bayat, Zahra; Hosseinkhani, Saman; Bakhtiari, Nahid (2017). " Clonación, expresión y purificación de la creatinasa de Pseudomonas putida ATCC12633" . Avicenna Journal of Medical Biotechnology . 9 (4): 169– 175. ISSN 2008-2835 . PMC 5650733. PMID 29090065 .
- 1 2 3 4 5 6 7 Schumann, J.; Böhm, G.; Schumacher, G.; Rudolph, R.; Jaenicke, R. (octubre de 1993). "Estabilización de la creatinasa de Pseudomonas putida mediante mutagénesis aleatoria" . Protein Science: A Publication of the Protein Society . 2 (10): 1612– 1620. doi : 10.1002/pro.5560021007 . ISSN 0961-8368 . PMC 2142253. PMID 8251936 .
- ^ Roche, Jean; Lacombe, Gabrielle; Girard, Henri (1 de enero de 1950). "Sur la spécificité de surees déguanidases bactériennes génératrices d'urée et sur l'argininedihidrolasa" . Biochimica et Biophysica Acta . 6 : 210–216 . doi : 10.1016/0006-3002(50)90093-X . ISSN 0006-3002 . PMID 14791411 .
- ↑ Chang, MC; Chang, CC; Chang, JC (octubre de 1992). "Clonación de un gen de creatinasa de Pseudomonas putida en Escherichia coli mediante el uso de una placa indicadora" . Applied and Environmental Microbiology . 58 (10): 3437–3440 . doi : 10.1128/aem.58.10.3437-3440.1992 . ISSN 0099-2240 . PMC 183121. PMID 1444379 .
- 1 2 Hinkel, Lauren A.; Willsey, Graham G.; Lenahan, Sean M.; Eckstrom, Korin; Schutz, Kristin C.; Wargo, Matthew J. (marzo de 2022). "La utilización de creatina como única fuente de nitrógeno en Pseudomonas putida KT2440 está regulada transcripcionalmente por CahR" . Microbiology . 168 ( 3): 001145. doi : 10.1099/mic.0.001145 . ISSN 1465-2080 . PMC 10228380. PMID 35266867 .
- 1 2 3 Yoshimoto, T.; Oka, I.; Tsuru, D. (diciembre de 1976). "Creatina amidinohidrolasa de Pseudomonas putida: cristalización y algunas propiedades". Archives of Biochemistry and Biophysics . 177 (2): 508– 515. doi : 10.1016/0003-9861(76)90462-8 . ISSN 0003-9861 . PMID 1015832 .
- 1 2 Hoeffken, HW; Knof, SH; Bartlett, PA; Huber, R.; Moellering, H.; Schumacher, G. (1988-11-20). "Determinación de la estructura cristalina, refinamiento y modelo molecular de la creatina amidinohidrolasa de Pseudomonas putida". Journal of Molecular Biology . 204 (2): 417– 433. doi : 10.1016/0022-2836(88)90586-4 . ISSN 0022-2836 . PMID 3221393 .
- ↑ Yoshimoto T, Oka I, Tsuru D (junio de 1976). "Purificación, cristalización y algunas propiedades de la creatina amidinohidrolasa de Pseudomonas putida" . J. Biochem . 79 (6): 1381–3 . doi : 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a131193 . PMID 8443 .
- CE 3.5.3
- Enzimas de estructura conocida