La ribosa-5-fosfato isomerasa ( Rpi ), codificada por el gen RPIA, es una enzima ( EC 5.3.1.6) que cataliza la conversión entre ribosa-5-fosfato (R5P) y ribulosa-5-fosfato (Ru5P). Es miembro de una clase más grande de isomerasas que catalizan la interconversión de isómeros químicos (en este caso, isómeros estructurales de pentosa ). Desempeña un papel vital en el metabolismo bioquímico tanto en la vía de la pentosa fosfato como en el ciclo de Calvin . El nombre sistemático de esta clase de enzimas es D-ribosa-5-fosfato aldosa-cetosa-isomerasa .
En los seres humanos, la RpiA está codificada en el segundo cromosoma del brazo corto (brazo p) en la posición 11.2. Su secuencia codificante tiene una longitud de casi 60.000 pares de bases. [1] La única mutación genética conocida que se produce de forma natural da lugar a una deficiencia de ribosa-5-fosfato isomerasa , que se analiza a continuación. Se cree que la enzima ha estado presente durante la mayor parte de la historia evolutiva. Los experimentos de eliminación de genes realizados en varias especies destinadas a codificar la RpiA han indicado residuos conservados y motivos estructurales similares, lo que indica los orígenes antiguos del gen. [2]
Rpi existe como dos proteínas distintas, denominadas RpiA y RpiB. Aunque RpiA y RpiB catalizan la misma reacción, no muestran homología de secuencia ni de estructura general . Según Jung et al., [3] una evaluación de RpiA mediante SDS-PAGE muestra que la enzima es un homodímero de subunidades de 25 kDa. Se descubrió que la masa molecular del dímero de RpiA era de 49 kDa [3] mediante filtración en gel . Recientemente, se determinó la estructura cristalina de RpiA. (consulte http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/97516673/PDFSTAR [ enlace muerto permanente ] )
Debido a su papel en la vía de las pentosas fosfato y el ciclo de Calvin , la RpiA está altamente conservada en la mayoría de los organismos, como bacterias, plantas y animales. La RpiA desempeña un papel esencial en el metabolismo de plantas y animales, ya que está involucrada en el ciclo de Calvin que tiene lugar en las plantas y en la vía de las pentosas fosfato que tiene lugar tanto en plantas como en animales.
Todos los ortólogos de la enzima mantienen una estructura cuaternaria asimétrica de tetrámero con una hendidura que contiene el sitio activo. Cada subunidad consta de una lámina β de cinco cadenas. Estas láminas β están rodeadas por ambos lados por hélices α. [4] Este motivo αβα no es poco común en otras proteínas, lo que sugiere una posible homología con otras enzimas. [5] Las moléculas separadas de la enzima se mantienen unidas por contactos altamente polares en las superficies externas de los monómeros. Se presume que el sitio activo se encuentra donde se unen múltiples extremos C de la lámina β en la hendidura enzimática. Esta hendidura es capaz de cerrarse al reconocer el fosfato en la pentosa (o un inhibidor de fosfato apropiado). Se sabe que el sitio activo contiene residuos conservados equivalentes a los residuos de E. coli Asp81, Asp84 y Lys94. Estos están directamente involucrados en la catálisis. [6]
En la reacción, la consecuencia general es el movimiento de un grupo carbonilo del carbono número 1 al carbono número 2; esto se logra mediante la reacción que pasa por un intermediario enodiol (Figura 1). [6] A través de mutagénesis dirigida al sitio , se sugirió que Asp87 de RpiA de espinaca desempeña el papel de una base general en la interconversión de R5P a Ru5P. [7]
El primer paso en la catálisis es el acoplamiento de la pentosa al sitio activo en la hendidura enzimática, seguido por el cierre alostérico de la hendidura. La enzima es capaz de unirse con la cadena abierta o forma de anillo del azúcar-fosfato. Si se une al anillo de furanosa , abre el anillo. Luego, la enzima forma el eneldiol que se estabiliza mediante un residuo de lisina o arginina . [6] [8] Los cálculos han demostrado que esta estabilización es el contribuyente más significativo a la actividad catalítica general de esta isomerasa y de varias otras similares. [9]
La proteína codificada por el gen RPIA es una enzima que cataliza la conversión reversible entre ribosa-5-fosfato y ribulosa-5-fosfato en la vía de las pentosas-fosfato . Este gen está altamente conservado en la mayoría de los organismos. La enzima desempeña un papel esencial en el metabolismo de los carbohidratos . Las mutaciones en este gen causan deficiencia de ribosa 5-fosfato isomerasa . Se encuentra un pseudogén en el cromosoma 18. [ 10]
En la parte no oxidativa de la vía de las pentosas fosfato , la RPIA convierte Ru5P en R5P, que luego es convertida por la ribulosa-fosfato 3-epimerasa en xilulosa-5-fosfato (figura 3). [11] El resultado de la reacción es esencialmente la conversión de las pentosas fosfato en intermediarios utilizados en la vía glucolítica. En la parte oxidativa de la vía de las pentosas fosfato, la RpiA convierte Ru5P en el producto final, R5P, a través de la reacción de isomerización (figura 3). La rama oxidativa de la vía es una fuente importante de NADPH , que es necesario para las reacciones biosintéticas y la protección contra las especies reactivas de oxígeno. [12]
En el ciclo de Calvin , la energía de los transportadores de electrones se utiliza en la fijación de carbono, la conversión de dióxido de carbono y agua en carbohidratos. RPIA es esencial en el ciclo, ya que el Ru5P generado a partir de R5P se convierte posteriormente en ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP), el aceptor de dióxido de carbono en la primera reacción oscura de la fotosíntesis (Figura 3). [13] El producto directo de la reacción de la carboxilasa de RuBP es el gliceraldehído-3-fosfato ; estos se utilizan posteriormente para producir carbohidratos más grandes. [14] El gliceraldehído-3-fosfato se convierte en glucosa que luego la planta convierte en formas de almacenamiento (p. ej., almidón o celulosa) o se utiliza para obtener energía. [15]
La deficiencia de ribosa-5-fosfato isomerasa se muta en un trastorno poco frecuente, la deficiencia de ribosa-5-fosfato isomerasa . La enfermedad solo tiene un paciente afectado conocido, diagnosticado en 1999. [16] Se ha descubierto que está causada por una combinación de dos mutaciones. La primera es una inserción de un codón de terminación prematuro en el gen que codifica la isomerasa, y la segunda es una mutación sin sentido . La patología molecular, hasta el momento, no está clara. [17]
La ribosa-5-fosfato isomerasa A humana (RpiA) desempeña un papel en el carcinoma hepatocelular humano (CHC). [18] Se detectó un aumento significativo en la expresión de RpiA tanto en biopsias tumorales de pacientes con CHC como en una matriz de tejido de cáncer de hígado . Es importante destacar que el análisis clinicopatológico indicó que los niveles de ARNm de RpiA estaban altamente correlacionados con el estadio clínico, el grado, el tamaño del tumor, los tipos, la invasión y los niveles de alfa-fetoproteína en los pacientes con CHC. Además, la capacidad de RpiA para regular la proliferación celular y la formación de colonias en diferentes líneas celulares de cáncer de hígado requirió la señalización de ERK , así como la modulación negativa de la actividad de PP2A y que los efectos de RpiA podrían modularse mediante la adición de un inhibidor o activador de PP2A. Esto sugiere que la sobreexpresión de RpiA puede inducir la oncogénesis en el CHC. [19]
RpiA generó atención cuando se descubrió que la enzima desempeña un papel esencial en la patogénesis del parásito Plasmodium falciparum , el agente causante de la malaria . Las células de Plasmodium tienen una necesidad crítica de un gran suministro del poder reductor de NADPH a través de PPP para apoyar su rápido crecimiento. La necesidad de NADPH también es necesaria para desintoxicar el hemo , el producto de la degradación de la hemoglobina . [20] Además, Plasmodium tiene un requisito intenso de producción de ácido nucleico para apoyar su rápida proliferación. El R5P producido a través de una mayor actividad de la vía de la pentosa fosfato se utiliza para generar 5-fosfo-D-ribosa α-1-pirofosfato (PRPP) necesario para la síntesis de ácidos nucleicos . Se ha demostrado que las concentraciones de PRPP aumentan 56 veces en los eritrocitos infectados en comparación con los eritrocitos no infectados. [17] Por lo tanto, el diseño de fármacos dirigidos a RpiA en Plasmodium falciparum podría tener potencial terapéutico para los pacientes que padecen malaria.
Se ha demostrado que RPIA interactúa con PP2A . [19]
A finales de 2007, se han resuelto 15 estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1LK5, 1LK7, 1LKZ, 1M0S, 1NN4, 1O1X, 1O8B, 1UJ4, 1UJ5, 1UJ6, 1USL, 1XTZ, 2BES, 2BET y 2F8M.
