Desoxirribosa-fosfato aldolasa

La enzima desoxirribosa-fosfato aldolasa (EC 4.1.2.4) cataliza la reacción química reversible.

2-deoxy-D-ribose 5-fosfato ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ D-glicealdehído 3-fosfato + acetaldehído

Esta enzima pertenece a la familia de las liasas, específicamente a las aldehído-liasas, que rompen enlaces carbono-carbono. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es 2-desoxi-D-ribosa-5-fosfato acetaldehído-liasa (formadora de D-gliceraldehído-3-fosfato). Otros nombres comunes incluyen fosfodesoxirriboaldolasa, desoxirriboaldolasa, desoxirribosa-5-fosfato aldolasa, 2-desoxirribosa-5-fosfato aldolasa y 2-desoxi-D-ribosa-5-fosfato acetaldehído-liasa.

Entre las aldolasas, DERA es una de las dos únicas aldolasas capaces de utilizar dos aldehídos como sustrato (la otra es FSA). La cristalografía muestra que la enzima es una aldolasa de clase I, por lo que el mecanismo se produce mediante la formación de una base de Schiff con Lys¹⁶⁷ en el sitio activo. Un residuo cercano, Lys²⁰¹, es crucial para la reacción, ya que aumenta la acidez de la Lys¹⁶⁷ protonada, lo que facilita la formación de la base de Schiff.Dado que el equilibrio de la reacción, tal como se describe, se encuentra del lado del reactivo, DERA también puede utilizarse para catalizar la reacción aldólica inversa. Se ha observado que la enzima exhibe cierta promiscuidad al aceptar diversos compuestos carbonílicos como sustratos: el acetaldehído puede sustituirse por otros aldehídos pequeños o acetona; y se pueden utilizar diversos aldehídos en lugar del D-gliceraldehído 3-fosfato. Sin embargo, debido a la disposición espacial de las interacciones estabilizadoras del aldehído electrófilo en el sitio activo, la reacción aldólica es estereoespecífica y da la configuración (S) en el carbono reactivo. El modelado molecular del sitio activo mostró una cavidad hidrofílica formada por Thr¹⁷⁰ y Lys¹⁷² para estabilizar el grupo C2-hidroxi del D-gliceraldehído 3-fosfato, mientras que el átomo de hidrógeno C2 se estabiliza en una cavidad hidrofóbica. Cuando se utiliza una mezcla racémica de gliceraldehído 3-fosfato como sustrato, solo reacciona el isómero D.El monómero DERA contiene un pliegue de barril TIM α/β, similar al de otras aldolasas de clase I. La estructura de las DERA en muchos organismos: las DERA de Escherichia coli y Aeropyrum pernix comparten un 37,7 % de identidad de secuencia con la de Thermus thermophilus HB8. El mecanismo de reacción también se conserva entre las DERA.En solución, las DERA se encuentran en homodímeros u homotetrámeros. La naturaleza oligomérica de la enzima no contribuye a la actividad enzimática, sino que sirve para aumentar la estabilidad térmica mediante interacciones hidrofóbicas y enlaces de hidrógeno entre los residuos interfaciales.A finales de 2007, se habían resuelto 10 estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso PDB 1JCJ, 1JCL, 1KTN, 1MZH, 1N7K, 1O0Y, 1P1X, 1UB3, 1VCV y 2A4A.DERA forma parte del operón deo inducible en bacterias, lo que permite la conversión de desoxirribonucleósidos exógenos para la generación de energía. Los productos de DERA, gliceraldehído-3-fosfato y acetaldehído (posteriormente convertido en acetil CoA), pueden entrar en las vías de la glucólisis y del ciclo de Krebs, respectivamente.En humanos, DERA se expresa principalmente en pulmones, hígado y colon, y es necesaria para la respuesta celular al estrés. Tras la inducción de estrés oxidativo o estrés mitocondrial, DERA se colocaliza con los gránulos de estrés y se asocia con YBX1, una proteína gránulo de estrés conocida. Las células con alta expresión de DERA fueron capaces de utilizar desoxiinosina exógena para producir ATP cuando se les privó de glucosa y se incubaron con el desacoplador mitocondrial FCCP.

DERA se utiliza en síntesis química como herramienta para reacciones aldólicas ecológicas y enantioselectivas. La formación del esqueleto de desoxirribosa a partir de moléculas pequeñas puede facilitar la síntesis de inhibidores de la transcriptasa inversa análogos de nucleósidos. Por ejemplo, DERA se utilizó en una mezcla de cinco enzimas en la síntesis biocatalítica de islatravir.

DERA también se ha utilizado para realizar reacciones aldólicas en tándem con tres sustratos aldehído, cuyo equilibrio de reacción se logra mediante la formación del hemiacetal cíclico de seis miembros. Este intermedio se ha utilizado en la síntesis de estatinas, como atorvastatina, rosuvastatina y mevastatina.Los DERA naturales presentan baja tolerancia a altas concentraciones de acetaldehído debido a la formación del intermediario crotonaldehído, altamente reactivo, que inactiva irreversiblemente la enzima. Esta característica dificulta las aplicaciones industriales de los DERA, ya que la concentración de acetaldehído utilizada será limitada. Para solucionar esto, se ha utilizado la evolución dirigida para mejorar la tolerancia de los DERA al acetaldehído hasta 400 mM.

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