Bioquímica: trobada una de les estructures més buscades

Un dels compostos més difícil d’assolir en la química bioinorgànica és el “compound I” dels enzims de citocrom P450, una estructura que és tan reactiva que molts grups a tot el mon ja l’estan buscant des de fa 40 anys. Fa poques setmanes, el grup de Michael Green de PennState University (EUA) ha publicat un article a la revista Science on descriuen la caracterització experimental d’aquest intermedi per primer cop.

Tots organismes vius usen oxigen atmosfèric (O2) per respirar, el procés del qual està més coneguda per un estudi recent en el qual estava implicat un dels membres de la Universitat de Girona. Un altre paper molt important d’oxigen és l’oxidació parcial de compostos orgànics, amb el qual poden treure toxins o preparar compostos per tasques especialitzades com per exemple la senyalització. Una transformació molt complicada i crucial pel metabolisme es fet per els citocrom P450 monooxigenases: l’oxidació de d’enllaços carboni-hidrogen alifàtics, que normalment no són reactius. L’estructura d’un intermedi clau en aquesta reacció, un ferro hemo tenint un sól àtom d’oxigen enllaçat amb el ferro (veure la figura), s’ha eludit (bio)químics durant quasi 40 anys!

Els enzims P450 eren descobert fa 50 anys, amb un fort senyal espectroscòpic d’absorció a 450 nm, que donava el nom a la família d’aquests enzims. Aquesta família ara mateix conté més de 14.000 membres en totes formes de vida, i té dues funcions: i) la descomposició dels compostos ambientals, sigui per al seu ús com a aliment o com mitjà de desintoxicació; ii) la síntesi metabòlits secundària que sovint s’utilitzen en la senyalització. En els humans, aquests papers estan representats per els enzims del fetge i el ronyó.

El centre actiu de l’enzim de citocrom P450 conté un grup ferro hemo (veure la figura amunt), la mateixa entitat que es troba en les proteïnes de transport i d’emmagatzematge d’oxigen (l’hemoglobina i la mioglobina). Malgrat les semblances entre les globines i P450 per formar un enllaç amb O2 de forma “end-on” (amb només un oxigen enllaçat directament al ferro), la reactivitat química distintiva del P450 es deriva de la seva capacitat d’acceptar dos electrons. Aquest procés trenca l’enllaç O-O, i forma una molècula d’aigua. L’àtom d’oxigen restant s’oxida l’enllaç carboni-hidrogen d’un substrat, que també és present al centre actiu de l’enzim. Aquest pas d’oxidació del substrat es produeix tan ràpid que fins ara s’ha escapat de detecció en estudis experimentals. Es van proposar diferents mecanismes com per exemple el “rebound pathway” (veure la primera figura) que fins ara era el més afavorit. Però, com que ni el “compound I” ni cap intermedi després estava trobat i caracteritzat, sempre quedaven dubtes (tal i com explicat en un capitol del llibre “Quantum Biochemistry: Electronic structure and biological activity” per alguns membres de la Universitat de Girona). Amb aquest estudi del grup del prof. Green es produeix per primer cop un gran pas endavant per entendre un procés químic vital per als humans.