Lignina peroxidasa
1. Clas Clasif ifca caci ción ón
La lignina peroxidasa peroxidasa (LIP) es una enzima que desempeña desempeña un papel central central en la biodegradación oxidativa de lignina la cual es constituyente principal de la pared celular. LIP es capaz de oxidar compuestos aromáticos con potenciales redox superior a !" # por la abstracción electrónica $nica! pero el mecanismo exacto redox a$n es poco conocido. (Pionte%! (Pionte% ! &.! 'mit! .*. .*. y +lodig! +lodi g! ,.! ,.! -) Las LIP presen presentan tan masas masas molecu molecular lares es de aprox aproxima imadam damente ente " %/a! %/a! están están glicosiladas y tienen puntos isoel0ctricos y p1 óptimos ácidos. demás su ciclo catal2tico es com$n para diversas peroxidasas. (/ávila! #. #. y #ázquez! 3.! -4) La LIP es una emoprote2na que es sintetizada por organismos como5 ongos basidiomiceto basidiomicetos s y ongos de la podredumbr podredumbre e blanca. La enzima puede actuar actuar sobre sobre una amplia amplia gama gama de compues compuestos tos aromá aromátic ticos! os! sin embarg embargo o no act$a act$a directamente sobre la lignina! ya que la mol0cula es muco más grande que el sitio activo de la enzima. 'e sabe que las mol0culas de lignina son degradadas en prese presencia ncia de alcoo alcooll veratr veratr2lic 2lico! o! compues compuesto to que es sintet sintetiza izado do por los organismos lignoliticos y que sirve de co6actor a la LIP. 'e a sugerido que el radical catión que se 6orma cuando la enzima act$a sobre el alcool veratr2lico pueden di6undirse en la pared celular ligni7cadas! donde la lignina es oxidada. 8sta peroxidasa peroxidasa que se involucra involucra con la despolimerización despolimerización de la lignina 6ueron descritas descritas por primera vez en el ongo ligninol2tico ligninol2tico P. chrysosporium. /e este organismo se an puri7cado diez isoenzimas. /e ellas! seis 6ueron identi7cadas como isoenzimas de LIP! mientras que cuatro correspondieron a isoenzimas de 9nP (manganeso peroxidasa). mbas son capaces de oxidar a la lignina! y derivados de la misma. (/avila! (/avil a! #. #. y #ázquez! 3.! -4) La nomenclatura establecida por la Enzyme Commission numbers es:
EC 1.11.1.14 /ica comisión menciona que: ;8 . <<<=xidorreductasas 8; ..<<< ctuando sobre un peróxido como aceptor 8; ...<<< Peroxidasas Peroxidasas 8; ..."<<< La lignina peroxidasa
La reacción principal realizada por la LIP corresponde a >!"< dimetoxi6enilmetanol ? 1-=- @ >!"dimetoxibenzalde2do ? -1-=. (Aigura ) *eniendo entonces:
Aigura . 3eacción catalizada por Lignina Peroxidasa. (Imagen recuperada de +renda! -B) 2. Nombres
8l nombre más com$n y aceptado de la enzima es Lignina Peroxidasa, el nombre sistemático es (3,4-dimetoxieni!" metano!# per$xido de hidr$geno oxidorreductasa! sin embargo no es reconocido o7cialmente y en mucos casos es considerado incorrecto. La Enzyme Commission numbers clasi7co por primera vez a la en sima en CC-! posteriormente 6ue modi7cado en el año -4! en el - se propuso una nueva nomenclatura que es la que conocemos oy d2a. ( EC 1.11.1.14 ) /iversos nombres son usados para re6erirse a la LIP! sin embargo cada uno de ellos re7ere al organismo que lo puede sintetizar. (*abla )
Sinónimo
Organismo
Alip-P3
%treptomyces &iridosporus -
Oxigenasa diarylpropano Diarylpropano oxidorred!c"asa de peróxido de #idrógeno Dyp$ 'hodococcus ostii %igninasa dependien"e Chrysosporium de &2O2 Phanerochaete %ignina peroxidasa %''' Ph!ebia radiata %igninasa
Chrysosporium Phanerochaete
Sinónim o Ligninas a 1D Ligninas a LEB L+I=
Organismo
Lip
Chrysosporium Phanerochaete Chrysosporium Phanerochaete Chrysosporium Phanerochaete Ph!ebia radiata
LIPlipF Pr
Chrysosporium Phanerochaete Chrysosporium Phanerochaete Comamonas sp.
*abla . =tros nombres dados a la Lignina Peroxidasa. 'e muestra que en algunos casos la enzima sintetizada por un mismo organismo puede tener distintos nombres.
3. S!s"ra"o principal y al"erna"i(os
La LIP es parte de un compleGo enzimático no especi7co que cumple sus 6unciones extracelularmente. 8l mecanismo del sistema degradador de lignina está basado en la producción de radicales libres lo que estas enzimas sean catal2ticamente activas sobre una gran diversidad de sustratos orgánicos. 'iendo el (>!"
Prod!c"o
Organismo
>!"
!"
Chrysosporium Phanerochaete
guayacol vainillina idroxiacetaldeido
? 'hodococcus ostii
coerulignino ?
)er*andera sp
>!"
)er*andera sp
propanalde2do ? 1-= oxidada -!-J
Comamonassp (><ácido +rametopsis
cido etylbenztiazole<4!"
cer&a!
%etas %tra
*abla -. lgunos sustratos alternativos de LIP. 9$ltiples organismos pueden generar di6erentes productos a partir de un mismo sustrato! en algunos casos no se sabe los productos 7nales o si las reacciones son reversibles. +. Sn"esis
Las LiPs de Phanerochaete chrysosporium son codi7cadas por un 6amilia de genes (!ip) estructuralmente cercanos! designados de la asta la F. 8n CC-! cuatro sub6amilias !ip 6ueron propuestas basadas en la estructura de intronesKexones de las cinco secuencias !ip conocidas de P. crysosporium. La segregación de polimor7smos de longitud de 6ragmentos de restricción y marcadores para alelos espec27cos demostraron el v2nculo de lip! !ip), !ipC, !ipE, !ip, !ip, !ip/ y !ip0 . Los genes !ip y !ip2 mantienen un v2nculo gen0tico y estos se encuentran en un cromosoma di6erente al resto. ('teart y ;ullen! CCC). ;uando P. crysosporium crece en un medio que contiene cantidades limitadas de carbono o nitrógeno! los genes !ip son activados. Los genes !ip y Lip) mantienen niveles de transcripción similares cuando se limita de carbono o nitrógeno! lo que sugiere que mantienen una regulación coordinada. 'in embargo! los patrones de transcripción de otros genes! empareGados o no! cambia dependiendo la limitación de nutrientes! lo que indica que están regulados di6erentemente. LipC tiene el nivel de transcripción más alto baGo la limitación de nitrógeno pero el nivel de transcripción más baGo cuando ay limitación de carbono. L ('teart y ;ullen! CCC). 4. Parme"ros cin5"icos
Los estudios en estado estabe de la oxidación del alcool veratr2lico (#) para lignina peroxidasa proveniente de Phanerochaete chrysosporium, indica que el mecanismo de ctalasis es del tipo Ping. Indica un mecanismo secuencial bi).
Aigura. >. Erá7cas Lineeaver<+ur% (a) y 8adie<'catcard (b) de la oxidación de # por M&).
LIP tiene un t2pico ciclo catal2tico de peroxidasa! sin embargo tiene caracter2sticas $nicas. La enzima tiene un inusual baGo p1 óptimo baGo! que está entre >. (,ariisi et a!! CC). /. 6s"r!c"!ra
8l modelo molecular de LiP mostrado en la Aig.B. Ilustra la disposición de segmentos elicoidales y una cantidad limitada de estructura O en el próximo dominio (in6erior). *iene residuos adicionales que se extienden desde el segmento ;). LiP tiene " enlaces disul6uro como se muestra en la Aig. B. 8l grupo emo está esta entre la 0lice + y la E (7g. 4). n grupo emo está situado en la parte in6erior de una endidura 6ormada por las super7cies de ambos dominios. 8ste grupo emo no está disponible para la modi7cación con idracinas arilo! como es el caso para ;;P. Los residuos presentes en los bolsillos del sito activo en LiP es 6enilalanina. 8sto probablemente explica en parte por que LiP componente I tiene un catión por7rina como radical (7g. H). (8dards et a!! CC>) 8n la estructura del sitio activo! extendi0ndose desde la 0lice distante ay > residuos clave: 3g<">! Pe<"4 y 1ist
idrógeno a la Elu)
Aig.B. 9ol0culas de LiP con 0lices marcadas con rosa. Los enlaces de disul6uro están indicados y se empareGan de la siguiente manera: >: B! ":-DB! >":- y -"C:>H. (8dards et a!! CC>)
Aig. 4. 'tereo ;S bac%bone models de LiP. 10lices están etiquetadas de la a la F. /ebido a que 0lice E esta algo oscurecida en esta vista! la 0lice no está etiquetada. 8sta vita es en6ocado en el canal abierto! que conecta la super7cie de la enzima con el bolsillo del grupo emo (8dards et al! CC>).
Aig.H. 'itio activo de LiP. Qótese que LiP tiene residuos de 6enilalanina en contacto con el grupo emo y próximo al ligando de istidina. sp<D> 6orma un puente de idrogeno con un propionato emo. 8sto tal vez explique en parte el p1 optimo baGo de la LiP! estabiliza el puente de idrogeno con el ácido aspártico y por consiguiente estabiliza el bolsillo emo (8dards et a!! CC>).
Aig. D. #ista est0reo del sitio active de LiP. Las es6eras negras pequeñas representan mol0culas del solvente! y las l2nea punteas puentes de i drogeno (Poulos et a!, CC>).
7e,erencias
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+38Q/: *e ;ompreensive 8nzyme In6ormation 'ystem (-B) /normation on EC 1.11.1.14 - !ignin peroxidase. 3ecuperado de ttp:KK.brenda) ;rystal 'tructure o6 lignin peroxidase. +iocemistry. C! HBD<-"C. Poulos! *.! 8dards! '.! ,ariisi! 1. y Eold! 9. (CC>) ;rystallograpic re7nement o6 lignin peroxidase at - . *e Fournal o6 +iological ;emstry. -4D! ""-C<""". Pionte%! &.! 'mit! .*. y +lodig! ,. Lignin Peroxidase %tructure and 2unction . +iocemical 'ociety *ransactions (-) #olume -C! part Protein /ata +an% (-") EnzymeC!assi:cation+ree %earch or 1.11.1.14# 3ecuperado de Lignin peroxidase. http:KK.rcsb.orgKpdbKresultsKresults.dotabtoso@;urrentWqrid@ >CB++-B 'teart! P. y ;ullen! /. (CCC). =rganization and diXerential regulation o6 a cluster o6 lignin peroxidase genes o6 panerocaete crysosporium. Fournal o6 +acteriology. D 'ugiura! 9.! 1irai! 1. y Qisida! *. (->). Puri7cation and caracterization o6 a novel lignin peroxidase 6rom iteH<"-
