La monoaminooxidasa, al igual que la mayoría de las enzimas proteicas, cataliza las reacciones en gran medida al colocar las moléculas necesarias de tal manera que reaccionan mucho más rápido de lo que lo harían al golpearse recíprocamente. Este posicionamiento se logra al doblar en una estructura que une los componentes firmemente y en la orientación correcta. Después de eso, es solo la química la que causa que una amina done hidrógenos a una molécula de flavina cercana, convirtiéndose en una imina y luego en un aldehído poco después.
La biología
Por debajo de WT, la monoaminooxidasa A humana (AP: 2Z5X) se muestra como una representación de dibujos animados en verde. Una molécula FAD (roja) se une covalentemente a Cys-406 (azul). El inhibidor reversible harmina (púrpura) está unido en el sitio activo donde una monoamina como la dopamina o la norepinefrina podrían unirse. [1] 
Debajo de los residuos Tyr-69, Asn-181, Phe-208, Val-210, Gln-215, Cys-323, Ile-325, Ile-335, Leu-337, Phe-352, Tyr-407 y Tyr-444 que forman un bolsillo hidrofóbico que se ajusta al sustrato de monoamina (o en este caso el inhibidor) se resaltan en cian. También hay interacciones con los anillos aromáticos del inhibidor que ayudan a bloquearlo en su lugar (no se muestra). 
A continuación se muestra una representación de superficie transparente de MAO-A. Todavía se puede distinguir la dopamina en morado (que se transformó en la estructura suponiendo que se ajusta aproximadamente de la misma manera que el inhibidor de Harmine) y el FAD en rojo dentro de la proteína. 
Si recortamos la imagen de arriba en el medio (abajo), puede ver el bolsillo interno en el que se encuentra el FAD (rojo) como una sombra grisácea. También puede ver dopamina en color púrpura que ingresa desde el lado izquierdo (marcado por una flecha) a través de una pequeña abertura que conduce a la cavidad más grande que contiene el sitio activo. El poro tal como se muestra es demasiado pequeño para el sustrato, sin embargo las fluctuaciones dinámicas en los bucles cerca de la entrada probablemente le permitan entrar y salir. 
La estructura de MAO-A posiciona el sustrato en el sitio activo para que entre en contacto directamente con flavin. Esto impulsa una reacción que oxida el grupo amina del sustrato en un grupo aldehído. El mecanismo para esta reacción se analiza en la siguiente sección. MAO-B probablemente funciona de la misma manera, pero el bolsillo tiene una forma ligeramente diferente y, por lo tanto, funciona mejor con un conjunto diferente de sustratos.
La química
Es necesaria una modificación postraduccional de un residuo de cisteína con FAD cerca del sitio activo de la monoaminooxidasa porque el FAD adquiere un papel químico importante como aceptor de protones en la catálisis. FAD es esencialmente una molécula de riboflavina unida a una molécula de ADP como se muestra a continuación. 
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Una vez que la proteína se modifica químicamente, una monamina, como dopamina o norepinefrina, puede usar el grupo flavina como un aceptor de protones y formar una imina. Uno de los pocos mecanismos propuestos (en otras palabras, esto es consistente con la estructura pero no hay garantías de que sea correcto) se muestra a continuación. En este mecanismo “nucleofílico polar”, la amina atacará a la flavina como se muestra a continuación. Durante la reacción, la monoamina en rojo se convierte en una imina. [2] 
La imina se hidrolizará inmediatamente en un aldehído en presencia de agua como se muestra a continuación. La imina entrante comienza en rojo y permanece en rojo cuando se convierte en un aldehído, liberando un ion de amonio en el proceso. 
El posicionamiento de la monoamina directamente adyacente a la flavina en la cavidad de la proteína, como se muestra en las estructuras de cristal al principio, acelera enormemente estas reacciones. Las enzimas funcionan mejor para las aminas primarias, como la anfetamina (abajo, a la izquierda), pero no para las aminas secundarias sustituidas con metilo como la metanfetamina (abajo, a la derecha) que tiene un segundo carbono saliendo de su grupo amina. 
El problema no es tanto la química, que podría proceder a través del mismo mecanismo que se muestra arriba, sino la biología. No estoy seguro exactamente qué pasa con el grupo metilo reduce la eficiencia de unión en esta enzima, pero creo que es seguro decir que la presencia de ese átomo de carbono adicional interrumpe la interacción entre el grupo amino y la molécula de flavina, ya sea por su posición o su efecto sobre la posición de la metanfetamina en el bolsillo de unión. Sin la orientación precisa de los grupos químicos correctos, la eficacia enzimática de MAO se reduce significativamente.
Esto es similar a la forma en que podrían funcionar los inhibidores reversibles. El inhibidor reversible harmina, que se muestra desde el principio en la estructura cristalina, se une y obstruye el sitio activo de MAO-A sin oxidarse. Mientras está allí, impide el acceso de otras monoaminas y por lo tanto inhibe la oxidación de monoaminas. Como está unido de forma no covalente, no hay nada que evite que se salga del bolsillo y permita que la enzima funcione normalmente. Esto está en contraste con los inhibidores de MAO irreversibles que se unen covalentemente a la molécula de flavina. Los mecanismos de estos inhibidores irreversibles varían, pero generalmente implican algún tipo de reacción química con la molécula de flavina que no termina en la liberación del inhibidor. La rasagilina, por ejemplo, reaccionará covalentemente con el nitrógeno central en el grupo de flavina y permanecerá bloqueando el sitio activo durante el resto de la vida de la proteína.
[1] Hijo, S.-Y. et al. Estructura de la monoaminooxidasa A humana a una resolución de 2.2 A: el control de la apertura de la entrada de sustratos / inhibidores. Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América 105, 5739-44 (2008). http://www.pnas.org/content/105/…
[2] Edmondson, DE, Mattevi, A., Binda, C., Li, M. y Hubálek, F .. Estructura y mecanismo de la monoaminooxidasa. Burger’s Medicinal Chemistry, Drug Discovery and Development (2005). http://onlinelibrary.wiley.com/d…
