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.
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
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^ 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
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Lectura adicional
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