La triosa-fosfato isomerasa ( TPI o TIM ) es una enzima ( EC 5.3.1.1) que cataliza la interconversión reversible de los isómeros de triosa fosfato dihidroxiacetona fosfato y D- gliceraldehído 3-fosfato .
Compuesto C00111 en la base de datos de rutas KEGG . Enzima 5.3.1.1 en la base de datos de rutas KEGG . Compuesto C00118 en la base de datos de rutas KEGG .
El TPI desempeña un papel importante en la glucólisis y es esencial para la producción eficiente de energía. Se ha encontrado TPI en casi todos los organismos en los que se ha buscado la enzima, incluidos animales como mamíferos e insectos , así como en hongos , plantas y bacterias . Sin embargo, algunas bacterias que no realizan la glucólisis, como los ureaplasmas , carecen de TPI.
En los seres humanos, las deficiencias de TPI se asocian con un trastorno neurológico progresivo y grave llamado deficiencia de triosa fosfato isomerasa . La deficiencia de triosa fosfato isomerasa se caracteriza por anemia hemolítica crónica . Si bien existen varias mutaciones que causan esta enfermedad, la mayoría incluye el reemplazo del ácido glutámico en la posición 104 por un ácido aspártico. [1]
La triosa fosfato isomerasa es una enzima muy eficiente, que realiza la reacción miles de millones de veces más rápido de lo que ocurriría naturalmente en solución. La reacción es tan eficiente que se dice que es catalíticamente perfecta : está limitada únicamente por la velocidad a la que el sustrato puede difundirse dentro y fuera del sitio activo de la enzima. [2] [3]
El mecanismo implica la formación intermedia de un enodiol . La energía libre relativa de cada estado fundamental y estado de transición se ha determinado experimentalmente y se muestra en la figura. [2]
La estructura del TPI facilita la conversión entre fosfato de dihidroxiacetona (DHAP) y gliceraldehído 3-fosfato (GAP). El residuo nucleofílico glutamato 165 del TPI desprotona el sustrato [4] y el residuo electrofílico histidina 95 dona un protón para formar el intermediario enediol [5] [6] Cuando se desprotona, el enediolato colapsa y, abstrayendo un protón del glutamato protonado 165, forma el producto GAP. La catálisis de la reacción inversa procede de manera análoga, formando el mismo enediolato pero con colapso del enediolato a partir del oxígeno en C2 [7] .
La TPI está limitada por difusión. En términos de termodinámica, la formación de DHAP se favorece 20:1 sobre la producción de GAP. [8] Sin embargo, en la glucólisis, el uso de GAP en los pasos posteriores del metabolismo impulsa la reacción hacia su producción. La TPI es inhibida por los iones sulfato , fosfato y arsenato , que se unen al sitio activo . [9] Otros inhibidores incluyen 2-fosfoglicolato, un análogo del estado de transición , y D-glicerol-1-fosfato, un análogo del sustrato . [10]
La triosa fosfato isomerasa es un dímero de subunidades idénticas , cada una de las cuales está formada por unos 250 residuos de aminoácidos . La estructura tridimensional de una subunidad contiene ocho hélices α en el exterior y ocho cadenas β paralelas en el interior. En la ilustración, la cadena principal en forma de cinta de cada subunidad está coloreada de azul a rojo desde el extremo N al C. Este motivo estructural se denomina barril αβ o barril TIM y es, con mucho, el pliegue proteico observado con mayor frecuencia . El sitio activo de esta enzima está en el centro del barril. Un residuo de ácido glutámico y una histidina están involucrados en el mecanismo catalítico . La secuencia alrededor de los residuos del sitio activo se conserva en todas las triosa fosfato isomerasas conocidas.
La estructura de la triosa fosfato isomerasa contribuye a su función. Además de los residuos de glutamato e histidina colocados con precisión para formar el enodiol, una cadena de diez u once aminoácidos de TPI actúa como un bucle para estabilizar el intermediario. El bucle, formado por los residuos 166 a 176, se cierra y forma un enlace de hidrógeno con el grupo fosfato del sustrato. Esta acción estabiliza el intermediario enodiol y los demás estados de transición en la vía de reacción. [7]
Además de hacer que la reacción sea cinéticamente factible, el bucle TPI secuestra el intermediario reactivo enediol para evitar la descomposición en metilglioxal y fosfato inorgánico. El enlace de hidrógeno entre la enzima y el grupo fosfato del sustrato hace que dicha descomposición sea estereoelectrónicamente desfavorable. [7] El metilglioxal es una toxina y, si se forma, se elimina a través del sistema de glioxalasa . [11] La pérdida de un enlace de fosfato de alta energía y el sustrato para el resto de la glucólisis hace que la formación de metilglioxal sea ineficiente.
Los estudios sugieren que una lisina cercana al sitio activo (en la posición 12) también es crucial para la función enzimática. La lisina, protonada a pH fisiológico, puede ayudar a neutralizar la carga negativa del grupo fosfato. Cuando este residuo de lisina se reemplaza con un aminoácido neutro, el TPI pierde toda su función, pero las variantes con un aminoácido diferente con carga positiva conservan parte de su función. [12]
