PEROSSIDASI: STRUTTURA, FUNZIONI E TIPI - BIOLOGIA - 2024

Le perossidasi sono principalmente emoproteine ​​con attività enzimatica che catalizza l'ossidazione di una varietà di substrati organici e inorganici utilizzando per questo perossido di idrogeno o altre sostanze non correlate.

Nel suo senso più ampio, il termine "perossidasi" include enzimi come perossidasi NAD e NADP, perossidasi di acidi grassi, perossidasi citocromo, glutatione perossidasi e molti altri enzimi non specifici.

Diagramma di una proteina perossidasi dipendente dall'eme (Fonte: Jawahar Swaminathan e personale MSD presso l'European Bioinformatics Institute tramite Wikimedia Commons)

Tuttavia, è più comunemente usato per riferirsi a enzimi non specifici da diverse fonti che hanno attività ossidoreduttasi e che impiegano perossido di idrogeno e altri substrati per catalizzare le loro reazioni di riduzione dell'ossidazione.

Le perossidasi dell'eme sono estremamente comuni in natura. Si trovano negli animali, nelle piante superiori, nei lieviti, nei funghi e nei batteri.

Nei mammiferi, questi sono prodotti da globuli bianchi, utero, milza e fegato, ghiandole salivari, pareti dello stomaco, polmoni, ghiandole tiroidee e altri tessuti.

Nelle piante, le specie vegetali più ricche di perossidasi sono il rafano e il fico. La perossidasi purificata dal rafano è stata ampiamente studiata e utilizzata per vari scopi in biologia sperimentale e biochimica.

Nelle cellule eucariotiche, questi importanti enzimi si trovano solitamente all'interno di organelli specializzati noti come "perossisomi", che sono circondati da una singola membrana e sono coinvolti in numerosi processi metabolici cellulari.

Struttura

Nonostante la poca omologia che esiste tra le diverse classi di perossidasi, è stato determinato che la loro struttura secondaria e il modo in cui è organizzata è abbastanza conservata tra le diverse specie.

Ci sono alcune eccezioni, ma la maggior parte delle perossidasi sono glicoproteine ​​e si ritiene che i carboidrati contribuiscano alla loro stabilità alle alte temperature.

Queste proteine ​​hanno pesi molecolari che vanno da 35 a 150 kDa, che equivalgono a circa 250 e 730 residui di amminoacidi.

Ad eccezione della mieloperossidasi, tutte le molecole di questo tipo contengono nella loro struttura un gruppo eme che, a riposo, ha un atomo di ferro nello stato di ossidazione Fe + 3. Le piante possiedono un gruppo protesico noto come ferroporfirina XI.

Le perossidasi hanno due domini strutturali che "avvolgono" il gruppo eme e ciascuno di questi domini è il prodotto dell'espressione di un gene che ha subito un evento di duplicazione. Queste strutture sono composte da più di 10 eliche alfa collegate da anelli e spire polipeptidiche.

Il corretto ripiegamento della molecola sembra dipendere dalla presenza di residui di glicina e prolina conservati, nonché di un residuo di acido aspartico e di un residuo di arginina che formano un ponte salino tra loro che collega entrambi i domini strutturali.

Caratteristiche

La funzione principale degli enzimi perossidasi è la rimozione del perossido di idrogeno dall'ambiente cellulare, che può essere prodotto da diversi meccanismi e che potrebbe rappresentare una seria minaccia alla stabilità intracellulare.

Tuttavia, in questo processo di rimozione di questa specie reattiva dell'ossigeno (in cui l'ossigeno ha uno stato di ossidazione intermedio), le perossidasi usano la capacità ossidante di questa sostanza per svolgere altre importanti funzioni per il metabolismo.

Nelle piante, queste proteine ​​sono una parte importante dei processi di lignificazione e dei meccanismi di difesa nei tessuti infettati da agenti patogeni o che hanno subito danni fisici.

Nel contesto scientifico sono emerse nuove applicazioni per le perossidasi e queste includono il trattamento di acque reflue contenenti composti fenolici, la sintesi di composti aromatici e la rimozione del perossido da alimenti o materiali di scarto.

In termini analitici e diagnostici, la perossidasi di rafano è forse l'enzima più utilizzato per la preparazione di anticorpi coniugati che vengono utilizzati per i test di assorbimento immunologico come ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) e anche per il determinazione di vari tipi di composti.

Meccanismo di azione

Il processo catalitico delle perossidasi avviene attraverso fasi sequenziali che iniziano con l'interazione tra il sito attivo dell'enzima e il perossido di idrogeno, che ossida l'atomo di ferro nel gruppo eme e genera un composto intermedio instabile noto come composto I (CoI).

La proteina ossidata (CoI) ha quindi un gruppo eme con un atomo di ferro che è passato dallo stato di ossidazione III allo stato IV e per questo processo il perossido di idrogeno è stato ridotto ad acqua.

Il Composto I è in grado di ossidare un substrato donatore di elettroni, formando un radicale del substrato e diventando una nuova specie chimica nota come Composto II (CoII), che viene successivamente ridotto da una seconda molecola di substrato, rigenerando il ferro in stato III e producendo un altro radicale.

tipi

-Secondo il corpo

Le perossidasi sono raggruppate in tre classi a seconda dell'organismo in cui si trovano:

- Classe I: perossidasi procariotiche intracellulari.

- Classe II: perossidasi fungine extracellulari.

- Classe III: perossidasi vegetali secrete.

Contrariamente alle proteine ​​di classe I, quelle di classe II e III hanno ponti disolfuro costruiti tra i residui di cisteina nelle loro strutture, il che conferisce loro una rigidità notevolmente maggiore.

Le proteine ​​di classe II e III differiscono anche dalla classe I in quanto generalmente hanno glicosilazioni sulla loro superficie.

-Secondo il sito attivo

Dal punto di vista meccanico, le perossidasi possono anche essere classificate in base alla natura degli atomi trovati nel loro centro catalitico. In questo modo sono state descritte emoperossidasi (le più comuni), vanadio-aloperossidasi e altre.

Emoperossidasi

Come già accennato, queste perossidasi hanno un gruppo protesico nel loro centro catalitico noto come gruppo eme. L'atomo di ferro in questo luogo è coordinato da quattro legami con gli atomi di azoto.

Vanadio-aloperossidasi

Invece di un gruppo eme, le vanadio-aloperossidasi possiedono vanadato come gruppo protesico. Questi enzimi sono stati isolati da organismi marini e alcuni funghi terrestri.

Il vanadio in questo gruppo è coordinato da tre ossigeni non proteici, un azoto da un residuo di istidina e un azoto da un legame azide.

Altre perossidasi

Molte aloperossidasi batteriche che hanno gruppi protesici diversi dall'eme o dal vanadio sono classificate in questo gruppo. In questo gruppo fanno parte anche le glutatione perossidasi, che contengono un gruppo protesico seleno-cisteina e alcuni enzimi in grado di ossidare la lignina.

Riferimenti

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologia cellulare essenziale. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Banci, L. (1997). Proprietà strutturali delle perossidasi. Journal of Biotechnology, 53, 253-263.
3. Deurzen, MPJ Van, Rantwijk, F. Van e Sheldon, RA (1997). Ossidazioni selettive catalizzate da perossidasi. Tetrahedron, 53 (39), 13183-13220.
4. Dunford, HB e Stillman, JS (1976). Sulla funzione e sul meccanismo d'azione delle perossidasi. Coordination Chemistry Reviews, 19, 187–251.
5. Hamid, M. e Rehman, K. (2009). Potenziali applicazioni delle perossidasi. Chimica alimentare, 115 (4), 1177-1186.
6. Rawn, JD (1998). Biochimica. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
7. Stansfield, WD, Colomé, JS e Cano, RJ (2003). Biologia molecolare e cellulare. (KE Cullen, Ed.). EBook McGraw-Hill.