La enzima citrato sintasa E.C. 2.3.3.1 (anteriormente 4.1.3.7)] existe en casi todas las células vivas y actúa como enzima marcapasos en el primer paso del ciclo del ácido cítrico (o ciclo de Krebs ). [5] La citrato sintasa se localiza dentro de las células eucariotas en la matriz mitocondrial , pero está codificada por el ADN nuclear en lugar del mitocondrial. Se sintetiza utilizando ribosomas citoplasmáticos y luego se transporta a la matriz mitocondrial.
La citrato sintasa se utiliza comúnmente como marcador enzimático cuantitativo de la presencia de mitocondrias intactas . La actividad máxima de la citrato sintasa indica el contenido mitocondrial del músculo esquelético. [6] La actividad máxima se puede aumentar mediante el entrenamiento de resistencia o el entrenamiento en intervalos de alta intensidad , [6] pero la actividad máxima se incrementa aún más con el entrenamiento en intervalos de alta intensidad. [7]
La citrato sintasa cataliza la reacción de condensación del residuo de acetato de dos carbonos de la acetil coenzima A y una molécula de oxalacetato de cuatro carbonos para formar el citrato de seis carbonos : [5]
El oxalacetato se regenera después de completar una ronda del ciclo de Krebs.
El oxalacetato es el primer sustrato que se une a la enzima. Esto induce a la enzima a cambiar su conformación y crea un sitio de unión para la acetil-CoA. Sólo cuando se haya formado este citril-CoA se producirá otro cambio conformacional que provocará la hidrólisis del tioéster y liberará coenzima A. Esto garantiza que la energía liberada por la escisión del enlace tioéster impulsará la condensación.
Los 437 residuos de aminoácidos de la citrato sintasa están organizados en dos subunidades principales, cada una de las cuales consta de 20 alfa-hélices. Estas hélices alfa componen aproximadamente el 75% de la estructura terciaria de la citrato sintasa , mientras que los residuos restantes componen principalmente extensiones irregulares de la estructura, salvo una única hoja beta de 13 residuos. Entre estas dos subunidades existe una única hendidura que contiene el sitio activo. Allí se pueden encontrar dos sitios de unión: uno reservado para citrato u oxaloacetato y el otro para la coenzima A. El sitio activo contiene tres residuos clave: His274, His320 y Asp375 que son altamente selectivos en sus interacciones con sustratos. [8] Las imágenes adyacentes muestran la estructura terciaria de la citrato sintasa en su forma abierta y cerrada. La enzima cambia de abierta a cerrada con la adición de uno de sus sustratos (como el oxaloacetato). [9]
La citrato sintasa tiene tres aminoácidos clave en su sitio activo ( conocido como tríada catalítica ) que catalizan la conversión de acetil-CoA [H 3 CC(=O)-SCoA] y oxaloacetato [ -O 2 CCH 2 C(=O) CO 2 − ] en citrato [ − O 2 CCH 2 C(OH)(CO 2 − )CH 2 CO 2 − ] y H−SCoA en una reacción de condensación aldólica . Se dice que el producto citrato es proquiral. [10] Esta conversión comienza con el átomo de oxígeno de la cadena lateral de carboxilato cargado negativamente de Asp-375 desprotonando el átomo de carbono alfa de acetil CoA para formar un anión enolato que a su vez es neutralizado por protonación por His-274 para formar un intermedio enol [H 2 C =C(OH)-SCoA]. En este punto, el par solitario de electrones del nitrógeno épsilon en His-274 formado en el último paso extrae el protón hidroxilo enol para reformar un anión enolato que inicia un ataque nucleofílico al carbono carbonilo del oxaloacetato [ − O 2 CCH 2 C(=O )CO 2 − ] que a su vez desprotona el átomo de nitrógeno épsilon de His-320. Esta adición nucleofílica da como resultado la formación de citroil-CoA [ -O 2 CCH 2 CH(CO 2 - )CH 2 C(=O)-SCoA]. En este punto, el átomo de nitrógeno épsilon de His-320 desprotona una molécula de agua y se inicia la hidrólisis . Uno de los pares solitarios del oxígeno ataca nucleófilamente al carbono carbonilo del citroil-CoA. Esto forma un intermedio tetraédrico y da como resultado la eyección de −SCoA a medida que el carbonilo se reforma. El −SCoA se protona para formar HSCoA. Finalmente, el hidroxilo agregado al carbonilo en el paso anterior se desprotona y se forma citrato [ − O 2 CCH 2 C (OH)(CO 2 − )CH 2 CO 2 − ]. [11]
La enzima es inhibida por altas proporciones de ATP : ADP y NADH : NAD , ya que las altas concentraciones de ATP y NADH muestran que el suministro de energía es alto para la célula. También es inhibido por la succinil-CoA y el propionil-CoA, que se asemejan al acetil-coA y actúan como inhibidor competitivo del acetil-CoA y como inhibidor no competitivo del oxalacetato. [12] El citrato inhibe la reacción y es un ejemplo de inhibición del producto. La inhibición de la citrato sintasa por análogos de acetil-CoA también ha sido bien documentada y se ha utilizado para demostrar la existencia de un único sitio activo. Estos experimentos han revelado que este sitio único alterna entre dos formas, que participan en la actividad ligasa e hidrolasa respectivamente. [9] Esta proteína puede utilizar el modelo de regulación alostérica de morfeína . [13]
