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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 312 (2023) Citare questo articolo

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Il piridossal-5′-fosfato (PLP) è un cofattore versatile che assiste in diversi tipi di reazioni enzimatiche. È stato anche riportato che il PLP reagisce con i substrati e catalizza alcune di queste reazioni indipendentemente dagli enzimi. Una di queste reazioni catalitiche è la degradazione della cisteina per produrre idrogeno solforato (H2S) in presenza di ioni metallici multivalenti. Tuttavia, l’attività catalitica enzimatica del PLP nel catabolizzare la cisteina in assenza di ioni multivalenti è sconosciuta. In questo studio, mostriamo che il PLP reagisce con la cisteina per formare un prodotto tiazolidinico, supportato da calcoli chimici quantistici dello spettro di assorbimento. La reazione del PLP con la cisteina dipende dalla forza ionica e dal pH. Il prodotto tiazolidinico si decompone lentamente per produrre H2S e il PLP si rigenera nella sua forma attiva con tempi di reazione più lunghi (> 24 ore), suggerendo che il PLP può agire come catalizzatore. Proponiamo un meccanismo di reazione plausibile enzimatico-indipendente per la degradazione della cisteina catalizzata dal PLP per produrre H2S, che procede attraverso la formazione di intermedi dell'anello tiazolidinico che successivamente idrolizzano lentamente per rigenerare il PLP. Questo lavoro dimostra che il PLP catalizza la degradazione della cisteina in assenza di enzimi, basi e ioni metallici multivalenti per produrre H2S.

Scoperto nel 1942 da Snell et al. il piridossal-5′-fosfato (PLP) è la forma metabolicamente attiva della vitamina B6. È uno dei cofattori più versatili per gli enzimi che catalizzano una moltitudine di reazioni con aminoacidi1. Il PLP come cofattore è utilizzato in quasi il 4% di tutte le attività enzimatiche2. Gli enzimi PLP-dipendenti catalizzano transaminazioni, racemizzazioni, decarbossilazioni, sostituzioni ed eliminazioni α, β e γ, transaldolazioni, condensazioni di Claisen e, più recentemente, deaminazioni ossidative in presenza di amminoacidi3. È interessante notare che il PLP è anche in grado di catalizzare alcune di queste reazioni in modo indipendente dagli enzimi. Le transaminazioni, le sostituzioni α, β e le decarbossilazioni con amminoacidi sono catalizzate da PLP e ioni metallici multivalenti in modo non enzimatico in soluzioni acquose4,5,6,7,8,9,10,11, sebbene sia stato anche segnalato che procedono lentamente senza ioni metallici12. Ad esempio, il PLP in assenza di enzimi subisce una lenta transaminazione quando viene riscaldato con aminoacidi per produrre piridossamina4. Questi studi hanno concluso che il gruppo aldeidico del PLP agisce come sito attivo e reagisce prontamente e in modo reversibile con gli amminoacidi per formare basi di Schiff, che, a seconda delle altre condizioni di reazione, reagiscono ulteriormente per formare prodotti. Poiché il PLP genera questi prodotti indipendentemente dall'enzima, è importante comprendere l'interazione diretta del PLP con gli amminoacidi essenziali.

Il ruolo catalitico enzimatico-indipendente del PLP nella reazione con la cisteina in assenza di ioni metallici multivalenti non è stato ancora esplorato. Questo perché è stato ampiamente riportato che la reazione del PLP con la cisteina forma un prodotto stabile, un anello tiazolidinico, tramite condensazione13,14,15,16,17. I primi studi hanno concluso che la formazione dell'anello tiazolidinico procede in tre fasi: prima l'aggiunta del gruppo amminico della cisteina al gruppo aldeidico del PLP, in secondo luogo la rimozione dell'acqua per formare una base di Schiff aldiminica e la chiusura del terzo anello (Fig. 1A) . È stato riportato che l'anello tiazolidinico è stabile per più di 24 ore, tuttavia non sono stati riportati studi più lunghi15. In alternativa, il gruppo tiolo della cisteina può anche reagire con il gruppo aldeidico del PLP per formare un intermedio emimercaptale o mercaptale17. È interessante notare che, quando i derivati ​​della cisteina come le S-(fenil p-sostituito) cisteine ​​vengono fatti reagire con il PLP in condizioni leggermente alcaline, subiscono eliminazioni α, β per produrre ammoniaca, piruvato e analoghi dell'S-(fenil p-sostituito) e la Il PLP viene rigenerato (Fig. 1B). Ciò ha confermato il ruolo catalitico del PLP nella degradazione della cisteina S-sostituita in condizioni leggermente alcaline18,19.