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Jun 20, 2023

A base conformacional da proteína da biossíntese de isoflavonas

Biologia das Comunicações volume 5, Número do artigo: 1249 (2022) Citar este artigo 1022 Acessos 1 Citações 1 Detalhes das métricas altmétricas Os isoflavonóides desempenham papéis importantes na defesa das plantas e também

Biologia das Comunicações, volume 5, número do artigo: 1249 (2022) Citar este artigo

1022 Acessos

1 Citações

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Os isoflavonóides desempenham papéis importantes na defesa das plantas e também exibem uma série de atividades promotoras da saúde dos mamíferos. A sua biossíntese é iniciada por duas enzimas com atividades catalíticas incomuns; 2-hidroxiisoflavanona sintase (2-HIS), um citocromo P450 ligado à membrana que catalisa uma migração e hidroxilação de anel aril acoplado, e 2-hidroxiisoflavanona desidratase (2-HID), um membro de uma grande família de carboxilesterase que paradoxalmente catalisa a desidratação de 2 -hidroxiisoflavanonas em isoflavonas. Aqui relatamos as estruturas cristalinas de 2-HIS de Medicago truncatula e 2-HID de Pueraria lobata. A estrutura 2-HIS revela uma conformação única do citocromo P450 e um modo de ligação ao heme e ao substrato que facilitam a migração do anel aril acoplado e as reações de hidroxilação. A estrutura 2-HID revela a arquitetura do sítio ativo e possíveis resíduos catalíticos para as atividades duplas de desidratase e carboxilesterase. Estudos de mutagênese revelaram resíduos-chave envolvidos na ligação e especificidade do substrato. A compreensão da base estrutural da biossíntese de isoflavonas facilitará a engenharia de novos isoflavonóides bioativos.

Os isoflavonóides ocorrem principalmente em leguminosas e desempenham papéis importantes na defesa das plantas. Eles também possuem diversas atividades estrogênicas, antiangiogênicas, antioxidantes e anticancerígenas, levando à sua popularidade como suplementos dietéticos1,2,3,4. A isoflavona genisteína pode inibir o crescimento de células cancerígenas através da modulação de genes que estão relacionados ao controle do ciclo celular, apoptose e vias de sinalização celular5,6. Os isoflavonóides são sintetizados através da via central dos fenilpropanóides e da via ramificada específica dos isoflavonóides. A 2-hidroxiisoflavanona sintase (2-HIS) catalisa a reação do ponto de entrada na biossíntese de isoflavonóides para converter a flavanona em (2R, 3S) -2-hidroxiisoflavanona . A 2-hidroxiisoflavanona desidratase (2-HID) catalisa então a desidratação de 2-hidroxiisoflavanonas para produzir os primeiros produtos de isoflavonas, daidzeína ou genisteína8 (Fig. 1). Os genes 2-HIS foram caracterizados a partir de plantas leguminosas, incluindo alcaçuz (Glycyrrhiza echinata)9, soja (Glycine max)10 e a leguminosa modelo Medicago truncatula11. O 2-HID foi identificado e caracterizado em soja8, alcaçuz (Glycyrrhiza echinate)8, kudzu (Pueraria lobata)12 e Lotus japonicus13.

2-HIS catalisa a hidroxilação e a migração do anel aril de flavanonas (por exemplo, liquiritigenina e naringenina) para convertê-las em 2-hidroxiisoflavanonas, e 2-HID então catalisa a desidratação de 2-hidroxiisoflavanonas para produzir os produtos finais de isoflavonas, por exemplo, daidzeína ou genisteína .

2-HIS é uma enzima do citocromo P450 associada à membrana pertencente à subfamília CYP93C. Ele catalisa uma reação única envolvendo a migração do anel aril do anel B aromático da posição C2 para C3 e uma reação de hidroxilação acoplada adicionando um átomo de oxigênio na posição C29. O 2-HID é classificado em uma grande família de carboxilesterase, mas pode não funcionar para hidrólise de éster in vivo, embora alguma atividade fraca de carboxilesterase tenha sido demonstrada in vitro para 2-HID de soja com butirato de p-nitrofenil8. O 2-HID funciona in vivo como uma desidratase para desidratação de 2-hidroxiisoflavonas. As bases moleculares para as funções de migração e hidroxilação do anel aril do 2-HIS e as funções de hidrólise e desidratação do 2-HID não são compreendidas, nem seus mecanismos catalíticos e especificidades de substrato.

Um grande número de P450 está presente nas plantas, muitos dos quais estão envolvidos na biossíntese de produtos naturais14,15 e catalisam a oxidação de diversos substratos no metabolismo primário e secundário16. Atualmente, apenas algumas estruturas cristalinas estão disponíveis para esta classe muito grande e importante de enzimas vegetais, incluindo duas sintases de aleno óxido P450 metabolizadoras de peróxido de classe III e várias plantas P450 com apenas atividade de hidroxilação, por exemplo, cinamato 4-hidroxilase ( CYP73A33) de Sorghum bicolor19, CYP76AH1 de Salvia miltiorrhiza20 e CYP90B1, CYP97A3 e CYP97C1 de Arabidopsis thaliana21,22. Os mecanismos de reações mais complexas mediadas por plantas P450, como a migração do anel aril, ainda não são compreendidos.