La glicerol-3-fosfato deshidrogenasa ( GPDH ) es una enzima que cataliza la conversión redox reversible de fosfato de dihidroxiacetona (también conocido como fosfato de glicerina, obsoleto) a sn- glicerol 3-fosfato . [2]
Los términos más antiguos para la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa incluyen alfa-glicerol-3-fosfato deshidrogenasa (alfaGPDH) y glicerol-fosfato deshidrogenasa (GPDH). Sin embargo, la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa no es lo mismo que la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH), cuyo sustrato es un aldehído , no un alcohol .
Fig. 1. Esquema general del metabolismo fermentativo y oxidativo de la glucosa en Saccharomyces cerevisiae . (A) parte superior de la glucólisis , que incluye dos reacciones de fosforilación de azúcar . (B) fructosa-1,6-bisfosfato aldolasa, que divide la molécula C6 en dos triosas fosfato (C) triosa fosfato isomerasa, que interconvierte DHAP y GAP. (D) vía del glicerol que reduce DHAP a glicerol-3-fosfato (G3P) por la G3P deshidrogenasa, seguida de desfosforilación a glicerol por la G3Pasa. (E) La parte inferior de la glucólisis convierte GAP en piruvato mientras genera 1 NADH y 2 ATP a través de una serie de 5 enzimas. (F) Fermentación alcohólica; descarboxilación de piruvato por la piruvato descarboxilasa, seguida de reducción de acetaldehído a etanol. (G) La piruvato deshidrogenasa mitocondrial convierte el piruvato en acetil-CoA, que entra en el ciclo del ácido tricarboxílico. (H) NADH deshidrogenasas mitocondriales externas. (I) G3P deshidrogenasa mitocondrial. Los electrones de estas tres deshidrogenasas entran en la cadena respiratoria a nivel del depósito de quinoles (Q). (J) NADH deshidrogenasa mitocondrial interna. (K) ATP sintasa. (L) Esquema generalizado de la lanzadera de NADH. (M) Oxidación de formato por la formiato deshidrogenasa. [4]
Reacción
La pareja de coenzimas NAD+ / NADH actúa como un reservorio de electrones para las reacciones redox metabólicas , transportando electrones de una reacción a otra. [5] La mayoría de estas reacciones metabólicas ocurren en las mitocondrias . Para regenerar el NAD+ para su uso posterior, los depósitos de NADH en el citosol deben reoxidarse. Dado que la membrana interna mitocondrial es impermeable tanto al NADH como al NAD+ , estos no pueden intercambiarse libremente entre el citosol y la matriz mitocondrial . [4]
Una forma de transportar este equivalente reductor a través de la membrana es a través de la lanzadera de glicerol-3-fosfato , que emplea las dos formas de GPDH:
Como resultado, el NAD+ se regenera para una mayor actividad metabólica.
GPD1 consta de dos subunidades, [9] y reacciona con fosfato de dihidroxiacetona y NAD+ a través de la siguiente interacción:
Figura 4. El supuesto sitio activo. El grupo fosfato de la DHAP está rodeado por la mitad por la cadena lateral de Arg269 e interactúa con Arg269 y Gly268 directamente mediante enlaces de hidrógeno (no se muestra). Los residuos conservados Lys204, Asn205, Asp260 y Thr264 forman una red estable de enlaces de hidrógeno. La otra red de enlaces de hidrógeno incluye los residuos Lys120 y Asp260, así como una molécula de agua ordenada (con un factor B de 16,4 Å2), que se une mediante enlaces de hidrógeno a Gly149 y Asn151 (no se muestra). En estas dos redes electrostáticas, solo el grupo ε-NH 3 + de Lys204 es el más cercano al átomo C2 de la DHAP (3,4 Å). [1]
Los estudios indican que GPDH en su mayor parte no se ve afectado por los cambios de pH : ni GPD1 ni GPD2 se ven favorecidos en ciertas condiciones de pH .
En altas concentraciones de sal (por ejemplo, NaCl ), la actividad de GPD1 aumenta con respecto a GPD2, ya que un aumento en la salinidad del medio conduce a una acumulación de glicerol en respuesta.
Los cambios de temperatura no parecen favorecer ni a GPD1 ni a GPD2. [11]
Lanzadera de glicerol-3-fosfato
La enzima citosólica y la mitocondrial glicerol-3-fosfato deshidrogenasa trabajan en conjunto. La oxidación del NADH citoplasmático por la forma citosólica de la enzima crea glicerol-3-fosfato a partir de fosfato de dihidroxiacetona. Una vez que el glicerol-3-fosfato ha atravesado la membrana mitocondrial externa, puede ser oxidado por una isoforma separada de la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa que utiliza quinona como oxidante y FAD como cofactor. Como resultado, hay una pérdida neta de energía, comparable a una molécula de ATP. [7]
La acción combinada de estas enzimas mantiene la relación NAD+ / NADH que permite el funcionamiento continuo del metabolismo.
Papel en la enfermedad
El papel fundamental del GPDH en el mantenimiento del potencial NAD+ / NADH , así como su papel en el metabolismo lipídico , hace del GPDH un factor en enfermedades de desequilibrio lipídico, como la obesidad .
La actividad aumentada de GPDH, particularmente GPD2, conduce a un aumento en la producción de glicerol . Dado que el glicerol es una subunidad principal en el metabolismo lipídico , su abundancia puede conducir fácilmente a un aumento en la acumulación de triglicéridos a nivel celular. Como resultado, existe una tendencia a formar tejido adiposo que conduce a una acumulación de grasa que favorece la obesidad . [12]
Se cree que la isoforma mitocondrial de la G3P deshidrogenasa es inhibida por la metformina , un fármaco de primera línea para la diabetes tipo 2. [14]
Investigación biológica
Se utilizó Sarcophaga barbata para estudiar la oxidación del L-3-glicerofosfato en las mitocondrias. Se descubrió que el L-3-glicerofosfato no ingresa a la matriz mitocondrial, a diferencia del piruvato. Esto ayuda a localizar la L-3-glicerofosfato-flavoproteína oxidorreductasa, que se encuentra en la membrana interna de las mitocondrias.
Estructura
La glicerol-3-fosfato deshidrogenasa consta de dos dominios proteicos . El dominio N-terminal es un dominio de unión de NAD y el C-terminal actúa como un dominio de unión al sustrato. [15] Sin embargo, los residuos de la interfaz dímeros y tetrámeros están involucrados en la unión de GAPDH-ARN, ya que GAPDH puede exhibir varias actividades de iluminación lateral, incluida la modulación de la unión y/o estabilidad del ARN. [16]
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