Hydroxylase

Définition

Une hydroxylase désigne une enzyme qui catalyse la fixation d'un hydroxyle sur un composé organique. En biochimie, les réactions d'hydroxylation sont souvent facilitées par des enzymes appelées hydroxylases. Le résidu le plus fréquemment hydroxylé dans les protéines humaines est la proline. Cela est dû au fait que le collagène représente environ 25 à 35 % de la protéine dans notre corps et contient une hydroxyproline à presque tous les troisièmes résidus de sa séquence d'acides aminés.

Réactions avec une hydroxylase :

Dessin schématique pour montrer l'effet de l'hydroxylase se produisant à (a) la proline et (b) la lysine pour former l'hydroxyproline (HyP) et l'hydroxylysine (HyL), respectivement.

Explications

L'hydroxylation intervient au niveau de l'atome γ-C, formant de l'hydroxyproline (Hyp), qui stabilise la structure secondaire du collagène en raison des puissants effets électronégatifs de l'oxygène. L'hydroxylation de la proline est également un élément essentiel de la réponse à l'hypoxie via des facteurs inductibles par l'hypoxie. Dans certains cas, la proline peut être hydroxylée à la place de son atome de β-C. La lysine peut également être hydroxylée sur son atome de δ-C, formant l'hydroxylysine (Hyl).

Ces trois réactions sont catalysées par de très grandes enzymes, à savoir la prolyl-4-hydroxylase, la 3-hydroxylase et la lysyl-5-hydroxylase, respectivement. Ces réactions nécessitent du fer (ainsi que de l'oxygène moléculaire et de l'α-cétoglutarate) pour effectuer l'oxydation et utilisent de l'acide ascorbique (vitamine C) pour ramener le fer à son état réduit. La privation d'ascorbate conduit à des déficiences en hydroxylation de la proline, ce qui conduit à un collagène moins stable, qui peut se manifester par le scorbut de la maladie. Les agrumes étant riches en vitamine C, les marins britanniques ont reçu du citron vert pour lutter contre le scorbut lors de longs voyages en mer; par conséquent, ils ont été appelés "limeys".

Quelques exemples d'hydroxylases :

• 17α-hydroxylase;
• cholestérol 7 alpha-hydroxylase;
• dopamine β-hydroxylase;
• phénylalanine hydroxylase;
• tyrosine hydroxylase.

🚩 Attention de ne pas confondre avec une hydrolase !

Tryptophane hydroxylase

La tryptophane hydroxylase (TPH) est l'enzyme limitant la vitesse de biosynthèse de la sérotonine. Un nouveau gène, appelé TPH2, a récemment été décrit. Ce gène est préférentiellement exprimé dans le système nerveux central, tandis que le TPH1 d'origine est le gène périphérique.

La tryptophane hydroxylase 2 humaine (hTPH2) et deux mutants de délétion (NΔ150 et NΔ150/CΔ24) sont mis en évidence en utilisant l'auto-induction sans isopropyle β-d-thiogalactopyranoside dans Escherichia coli. Ce système d'expression a produit du TPH2 de type sauvage actif avec une solubilité relativement faible. La solubilité a été augmentée pour les mutants dépourvus du domaine régulateur NH₂-terminal.

La solubilité de hTPH2, NΔ150 et NΔ150/CΔ24 est de 6,9, 62 et 97,5 %, respectivement. L'élimination du domaine régulateur a également produit une augmentation de plus de 6 fois de la stabilité enzymatique (t_½ à 37 °C). Le hTPH2 de type sauvage, comme d'autres membres de la superfamille des acides aminés aromatiques hydroxylases, existe sous forme d'homotétramère (236 kDa en chromatographie d'exclusion stérique).

De même, NΔ150 migre également sous forme de tétramère (168 kDa). En revanche, l'élimination du domaine NH₂-terminal et du domaine de tétramérisation putatif à fermeture éclair à leucine COOH-terminal produit une enzyme monomère (39 kDa).

Fait intéressant, l'élimination du domaine régulateur NH₂-terminal n'a pas affecté les constantes de Michaelis pour l'un ou l'autre des substrats, mais a augmenté les valeurs de Vmax. Ces données identifient le domaine régulateur NH₂-terminal comme la source de l'instabilité hTPH2 et de la solubilité réduite.

En rapport avec "hydroxylase"

• dopamine

  

  La dopamine est un neurotransmetteur produit par une grande variété d'animaux, comprenant à la fois des vertébrés et des invertébrés.

• hydroxylation

  

  L'hydroxylation est une réaction chimique dans laquelle un groupe hydroxyle (OH) est introduit dans un composé en remplaçant un atome d'hydrogène.

• hydroxyle

  

  Le groupe hydroxyle (–OH) est un groupe fonctionnel formé d'un atome d'oxygène et d'un atome d'hydrogène.

• hydroxylysine

  

  L'hydroxylysine Hyl, ou acide (2S,5R)-2,6-diamino-5-hydroxyhexanoïque, est un des acides aminés constitutifs des protéines du collagène.