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Dihidrolipoil transacetilasa

La dihidrolipoil transacetilasa (o dihidrolipoamida acetiltransferasa ) es un componente enzimático del complejo multienzimático piruvato deshidrogenasa . El complejo piruvato deshidrogenasa es responsable del paso de descarboxilación del piruvato que vincula la glucólisis al ciclo del ácido cítrico . Esto implica la transformación del piruvato de la glucólisis en acetil-CoA que luego se utiliza en el ciclo del ácido cítrico para llevar a cabo la respiración celular .

Existen tres componentes enzimáticos diferentes en el complejo de la piruvato deshidrogenasa. La piruvato deshidrogenasa (EC 1.2.4.1) es responsable de la oxidación del piruvato, la dihidrolipoil transacetilasa (esta enzima; EC 2.3.1.12) transfiere el grupo acetilo a la coenzima A (CoA) y la dihidrolipoil transacetilasa (EC 1.8.1.4) regenera la lipoamida. Debido a que la dihidrolipoil transacetilasa es el segundo de los tres componentes enzimáticos que participan en el mecanismo de reacción para la conversión del piruvato en acetil CoA, a veces se la denomina E2.

En los seres humanos , la actividad enzimática de la dihidrolipoil transacetilasa reside en el componente E2 del complejo de piruvato deshidrogenasa ( PDCE2), que está codificado por el gen DLAT ( dihidrolipoamida S - acetiltransferasa ) . [5]

Nomenclatura

El nombre sistemático de esta clase de enzimas es acetil-CoA:enzima N6-(dihidrolipoil)lisina S-acetiltransferasa.

Otros nombres de uso común incluyen:

Estructura

La estructura del núcleo catalítico cúbico está formada por 24 subunidades de dihidrolipoil transacetilasa. [6]
Estructura del núcleo catalítico dodecaédrico formada por 60 subunidades de dihidrolipoil transacetilasa de Geobacillus stearothermophilus : mapa de microscopía electrónica 3D (izquierda) y estructura de difracción de rayos X (derecha). [7]

Todas las dihidrolipoil transacetilasas tienen una estructura multidominio única que consta de (de N a C): 3 dominios lipoilo, un dominio de interacción y el dominio catalítico (consulte la arquitectura de dominios en Pfam). Todos los dominios están conectados por regiones de enlace desordenadas y de baja complejidad.

Dependiendo de la especie, múltiples subunidades de enzimas dihidrolipoil transacetilasa pueden organizarse juntas en forma cúbica o dodecaédrica. Estas estructuras forman el núcleo catalítico del complejo de piruvato deshidrogenasa, que no solo cataliza la reacción que transfiere un grupo acetilo a CoA, sino que también cumple una función estructural crucial en la creación de la arquitectura del complejo en general. [7]

Cubo

La estructura del núcleo cúbico, que se encuentra en especies como Azotobacter vinelandii , está formada por 24 subunidades en total. [8] [9] Los dominios catalíticos se ensamblan en trímeros con el sitio activo ubicado en la interfaz de la subunidad. La topología de este sitio activo del trímero es idéntica a la de la cloranfenicol acetiltransferasa . Ocho de estos trímeros se organizan en un cubo truncado hueco. Los dos sustratos principales, CoA y la lipoamida (Lip(SH)2), se encuentran en dos entradas opuestas de un canal de 30 Å de largo que corre entre las subunidades y forma el centro catalítico. CoA ingresa desde el interior del cubo y la lipoamida ingresa desde el exterior. [10]

Dodecaedro

En muchas especies, incluidas bacterias como Geobacillus stearothermophilus y Enterococcus faecalis [7], así como mamíferos como los humanos [11] y las vacas [12] , la estructura del núcleo dodecaédrico está formada por un total de 60 subunidades. Las subunidades están dispuestas en grupos de tres, de manera similar a los trímeros en la forma del núcleo cúbico, y cada grupo forma uno de los 20 vértices dodecaédricos.

Función

La dihidrolipoil transacetilasa participa en la reacción de descarboxilación del piruvato que vincula la glucólisis al ciclo del ácido cítrico. Estos procesos metabólicos son importantes para la respiración celular, la conversión de energía bioquímica de los nutrientes en trifosfato de adenosina (ATP), que luego se puede utilizar para llevar a cabo numerosas reacciones biológicas dentro de una célula. Las diversas partes de la respiración celular tienen lugar en diferentes partes de la célula. En los eucariotas, la glucólisis ocurre en el citoplasma, la descarboxilación del piruvato en las mitocondrias, el ciclo del ácido cítrico dentro de la matriz mitocondrial y la fosforilación oxidativa a través de la cadena de transporte de electrones en las crestas mitocondriales . Por lo tanto, los complejos de piruvato deshidrogenasa (que contienen las enzimas dihidrolipoil transacetilasa) se encuentran en las mitocondrias de los eucariotas (y simplemente en el citosol de los procariotas).

Mecanismo

Mecanismo de la dihidrolipoil transacetilasa

La descarboxilación del piruvato requiere algunos cofactores además de las enzimas que forman el complejo. El primero es el pirofosfato de tiamina (TPP), que es utilizado por la piruvato deshidrogenasa para oxidar el piruvato y formar un intermediario hidroxietil-TPP. Este intermediario es captado por la dihidrolipoil transacetilasa y reacciona con un segundo cofactor lipoamida para generar un intermediario acetil-dihidrolipoil, liberando TPP en el proceso. Este segundo intermediario puede ser atacado por el azufre nucleófilo unido a la coenzima A, y se libera la dihidrolipoamida. Esto da como resultado la producción de acetil CoA, que es el objetivo final de la descarboxilación del piruvato. La dihidrolipoamida es captada por la dihidrolipoil deshidrogenasa y, con los cofactores adicionales FAD y NAD+, regenera la lipoamida original (con NADH como producto secundario útil).

Mapa interactivo de rutas

Haga clic en los genes, proteínas y metabolitos que aparecen a continuación para acceder a los artículos correspondientes. [§ 1]

  1. ^ El mapa de la ruta interactiva se puede editar en WikiPathways: "GlycolysisGluconeogenesis_WP534".

Importancia clínica

Cirrosis biliar primaria

La cirrosis biliar primaria (CBP) es una enfermedad autoinmune caracterizada por autoanticuerpos contra antígenos mitocondriales y nucleares. Estos se denominan anticuerpos antimitocondriales (AMA) y anticuerpos antinucleares (ANA), respectivamente. Estos anticuerpos son detectables en los sueros de pacientes con CBP y varían en gran medida con respecto a la especificidad del epítopo de un paciente a otro. De los antígenos mitocondriales que pueden generar reactividad de autoanticuerpos en pacientes con CBP, la subunidad E2 del complejo de la piruvato deshidrogenasa, la dihidrolipoil transacetilasa, es el epítopo más común (otros antígenos incluyen enzimas de los complejos de la 2-oxoácido deshidrogenasa, así como las otras enzimas de los complejos de la piruvato deshidrogenasa). [13] Evidencia reciente ha sugerido que los péptidos dentro del sitio catalítico pueden presentar los epítopos inmunodominantes reconocidos por los anticuerpos anti-PDC-E2 en pacientes con CBP. [14] También existe evidencia de anticuerpos anti-PDC-E2 en pacientes con hepatitis autoinmune (HAI). [15]

Deficiencia de piruvato deshidrogenasa

La deficiencia de piruvato deshidrogenasa (PDH) es una enfermedad genética que provoca acidosis láctica y disfunción neurológica en la infancia y la niñez temprana. Normalmente, la PDH es el resultado de una mutación en el gen ligado al cromosoma X de la subunidad E1 del complejo de la piruvato deshidrogenasa. Sin embargo, ha habido algunos casos raros en los que un paciente con PDH en realidad tiene una mutación en el gen autosómico de la subunidad E2. Se ha informado que estos pacientes tienen síntomas mucho menos graves, siendo la manifestación más destacada de la enfermedad la distonía episódica, aunque también estaban presentes tanto la hipotonía como la ataxia . [16]

Referencias

  1. ^ abc GRCh38: Lanzamiento de Ensembl 89: ENSG00000150768 – Ensembl , mayo de 2017
  2. ^ abc GRCm38: Lanzamiento de Ensembl 89: ENSMUSG00000000168 – Ensembl , mayo de 2017
  3. ^ "Referencia de PubMed humana:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  4. ^ "Referencia PubMed de ratón:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU . .
  5. ^ Leung PS, Watanabe Y, Munoz S, Teuber SS, Patel MS, Korenberg JR, Hara P, Coppel R, Gershwin ME (1993). "Localización cromosómica y análisis RFLP de PDC-E2: el principal autoantígeno de la cirrosis biliar primaria". Autoinmunidad . 14 (4): 335–40. doi :10.3109/08916939309079237. PMID  8102256.
  6. ^ Mattevi A, Obmolova G, Kalk KH, Teplyakov A, Hol WG (abril de 1993). "Análisis cristalográfico de la unión del sustrato y la catálisis en la dihidrolipoil transacetilasa (E2p)". Bioquímica . 32 (15): 3887–901. doi :10.1021/bi00066a007. PMID  8471601.
  7. ^ abc PDB : 1B5S ​; Izard T, Aevarsson A, Allen MD, Westphal AH, Perham RN, de Kok A, Hol WG (febrero de 1999). "Los principios de cuasi-equivalencia y la geometría euclidiana gobiernan el ensamblaje de núcleos cúbicos y dodecaédricos de complejos de piruvato deshidrogenasa". Proc. Natl. Sci. EE. UU . . 96 (4): 1240–5. Bibcode :1999PNAS...96.1240I. doi : 10.1073/pnas.96.4.1240 . PMC 15447 . PMID  9990008. 
  8. ^ de Kok A, Hengeveld AF, Martin A, Westphal AH (junio de 1998). "El complejo multienzimático de la piruvato deshidrogenasa de bacterias Gram-negativas". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Estructura de proteínas y enzimología molecular . 1385 (2): 353–66. doi :10.1016/S0167-4838(98)00079-X. PMID  9655933.
  9. ^ Hanemaaijer R, Westphal AH, Van Der Heiden T, De Kok A, Veeger C (febrero de 1989). "La estructura cuaternaria del componente dihidrolipoil transacetilasa del complejo piruvato deshidrogenasa de Azotobacter vinelandii. Una reconsideración". Revista Europea de Bioquímica . 179 (2): 287–92. doi :10.1111/j.1432-1033.1989.tb14553.x. PMID  2917567.
  10. ^ Mattevi A, Obmolova G, Schulze E, Kalk KH, Westphal AH, de Kok A, Hol WG (marzo de 1992). "Estructura atómica del núcleo cúbico del complejo multienzimático de la piruvato deshidrogenasa". Science . 255 (5051): 1544–50. Bibcode :1992Sci...255.1544M. doi :10.1126/science.1549782. PMID  1549782.
  11. ^ Brautigam CA, Wynn RM, Chuang JL, Chuang DT (mayo de 2009). "Estequiometrías de subunidades y componentes catalíticos de un complejo de piruvato deshidrogenasa humana reconstituido in vitro". The Journal of Biological Chemistry . 284 (19): 13086–98. doi : 10.1074/jbc.M806563200 . PMC 2676041 . PMID  19240034. 
  12. ^ Zhou ZH, McCarthy DB, O'Connor CM, Reed LJ, Stoops JK (diciembre de 2001). "La notable organización estructural y funcional de los complejos eucariotas de piruvato deshidrogenasa". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 98 (26): 14802–7. Bibcode :2001PNAS...9814802Z. doi : 10.1073/pnas.011597698 . PMC 64939 . PMID  11752427. 
  13. ^ Mackay IR, Whittingham S, Fida S, Myers M, Ikuno N, Gershwin ME, Rowley MJ (abril de 2000). "La peculiar autoinmunidad de la cirrosis biliar primaria". Reseñas inmunológicas . 174 : 226–37. doi :10.1034/j.1600-0528.2002.017410.x. PMID  10807519. S2CID  596338. Archivado desde el original el 5 de enero de 2013.
  14. ^ Braun S, Berg C, Buck S, Gregor M, Klein R (febrero de 2010). "El dominio catalítico de PDC-E2 contiene epítopos reconocidos por anticuerpos antimitocondriales en la cirrosis biliar primaria". Revista mundial de gastroenterología . 16 (8): 973–81. doi : 10.3748/wjg.v16.i8.973 . PMC 2828602 . PMID  20180236. 
  15. ^ O'Brien C, Joshi S, Feld JJ, Guindi M, Dienes HP, Heathcote EJ (agosto de 2008). "Seguimiento a largo plazo de la hepatitis autoinmune con anticuerpos antimitocondriales positivos". Hepatología . 48 (2): 550–6. doi : 10.1002/hep.22380 . PMID  18666262. S2CID  5400712.
  16. ^ Head RA, Brown RM, Zolkipli Z, Shahdadpuri R, King MD, Clayton PT, Brown GK (agosto de 2005). "Espectro clínico y genético de la deficiencia de piruvato deshidrogenasa: deficiencia de dihidrolipoamida acetiltransferasa (E2)". Anales de neurología . 58 (2): 234–41. doi :10.1002/ana.20550. PMID  16049940. S2CID  38264402.

Lectura adicional

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