La enzima acetolactato sintasa ( ALS ) (también conocida como ácido acetohidroxi o acetohidroxiácido sintasa , abreviado AHAS ) [2] es una proteína que se encuentra en plantas y microorganismos. La ALS cataliza el primer paso en la síntesis de los aminoácidos de cadena ramificada ( valina , leucina e isoleucina ). [3]
Una proteína humana de función aún desconocida, que comparte cierta similitud de secuencia con la ELA bacteriana, está codificada por el gen ILVBL (ilvB-like) . [4]
El gen ILVBL humano tiene 17 exones y reside en el cromosoma 19 en q13.1. [5]
El péptido catalítico de la ALS en Arabidopsis thaliana (berro de orejas de ratón) es una proteína cloroplástica que consta de 670 residuos, de los cuales los últimos 615 forman la forma activa. Se encuentran tres dominios principales, con dos pirofosfatos de tiamina intercalados con un dominio de unión a NAD/FAD similar a DHS. [6] En la asignación SCOP, estas subunidades se denominan d1yhya1, d1yhya2 y d1yhya3 desde el extremo N al C. [7]
La estructura de la acetolactato sintasa que se utilizó para la imagen de esta página se determinó mediante difracción de rayos X a 2,70 angstroms. La difracción de rayos X utiliza rayos X en longitudes de onda específicas para producir patrones, ya que los rayos X se dispersan de ciertas maneras que dan una idea de la estructura de la molécula que se está analizando.
Hay cinco ligandos específicos que interactúan con esta proteína. Los cinco se enumeran a continuación.
El FAD unido no es catalítico.
La acetolactato sintasa es una enzima catalítica que interviene en la biosíntesis de varios aminoácidos. Esta enzima tiene el Código de la Comisión de Enzimas 2.2.1.6, lo que significa que la enzima es una transcetolasa o una transaldolasa, que se clasifica dentro de las transferasas que transfieren residuos de aldehído o cetona. En este caso, la acetolactato sintasa es una transcetolasa, que se mueve de un lado a otro, teniendo formas tanto catabólicas como anabólicas. Estas actúan sobre una cetona ( piruvato ) y pueden ir y venir en la cadena metabólica. Estas se encuentran en humanos, animales, plantas y bacterias. En las plantas, se encuentran en los cloroplastos para ayudar con los procesos metabólicos. [6] En la levadura de panadería, se encuentran en las mitocondrias. [8] En varios experimentos, se ha demostrado que las cepas mutadas de Escherichia coli K-12 sin la enzima no pudieron crecer en presencia únicamente de acetato u oleato como únicas fuentes de carbono. [9]
En algunas bacterias se encuentra una versión catabólica que no se une al FAD ( InterPro : IPR012782 ).
La acetolactato sintasa, también conocida como acetohidroxiácido sintasa, es una enzima involucrada específicamente en la conversión de piruvato en acetolactato:
La reacción utiliza pirofosfato de tiamina para unir las dos moléculas de piruvato. El producto resultante de esta reacción, acetolactato, finalmente se convierte en valina, leucina e isoleucina. Estos tres aminoácidos son esenciales y no pueden ser sintetizados por los humanos. Esto también conduce al nombre sistémico piruvato:piruvato acetaldehído transferasa (descarboxilante) . Esta enzima es la primera de varias enzimas en el ciclo de biosíntesis de leucina y valina, tomando las moléculas iniciales de piruvato e iniciando la conversión de ácido pirúvico a los aminoácidos. El residuo específico que es responsable de esto es una glicina en la posición 511 en la proteína. Este es el que requiere un cofactor de TPP para su función.
Cuatro residuos específicos son responsables de la actividad catalítica de esta enzima. Se enumeran aquí y los cofactores necesarios se indican a continuación.
La secuencia primaria de esta proteína en Arabidopsis se muestra a continuación. Los residuos que participan en la actividad catalítica están en negrita. La mutagénesis de Asp428, que es un ligando carboxilato crucial para Mg(2+) en el "motivo ThDP", conduce a una disminución de la afinidad de AHAS II por Mg(2+). Mientras que el mutante D428N muestra una afinidad por ThDP cercana a la del tipo salvaje en la saturación con Mg(2+), D428E tiene una afinidad reducida por ThDP. Estas mutaciones también conducen a la dependencia de la enzima de K(+). [10]
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Debido a la inhibición y a varios factores es un procedimiento lento.
En Arabidopsis, dos cadenas de ALS catalítica ( InterPro : IPR012846 ) están complejadas con dos subunidades reguladoras pequeñas ( InterPro : IPR004789 ), AHASS2 y AHASS1. [12] [13] [14] Esta disposición está muy extendida tanto en la ALS bacteriana como en la eucariota. La estructura heteromérica se demostró en E. coli en 1984 y en eucariotas ( S. cerevisiae y Porphyra purpurea ) en 1997. [15] La mayoría de las proteínas reguladoras tienen un dominio ACT ( InterPro : IPR002912 ) y algunas de ellas tienen un C-terminal similar a NiKR ( InterPro : IPR027271 ).
En las bacterias ( E. coli )), la acetolactato sintasa consta de tres pares de isoformas. Cada par incluye una subunidad grande, que se cree que es responsable de la catálisis , y una subunidad pequeña para la inhibición por retroalimentación . Cada par de subunidades, o ALS I, II y III respectivamente, se encuentra en su propio operón , ilvBN, ilvGM e ilvIH (donde ilvN regulaba ilvB y viceversa). Juntos, estos operones codifican varias enzimas involucradas en la biosíntesis de aminoácidos de cadena ramificada. La regulación es diferente para cada operón. [16]
El operón ilvGMEDA codifica el par ilvGM (ALS II), así como una transaminasa de aminoácidos de cadena ramificada (ilvE), una dihidroxiácido deshidratasa (ilvD) y una treonina amoniaco liasa (ilvA). Está regulado por inhibición por retroalimentación en forma de atenuación transcripcional . Es decir, la transcripción se reduce en presencia de los productos finales de la vía, los aminoácidos de cadena ramificada.
El operón ilvBNC codifica el par ilvBN (ALS I) y una reductoisomerasa cetol-ácida (ilvC). Está regulado de manera similar, pero es específico para la isoleucina y la leucina; la valina no lo afecta directamente.
Tanto los operones ilvGMEDA como los ilvBNC se desreprimen durante la escasez de aminoácidos de cadena ramificada mediante el mismo mecanismo que los reprime. Ambos operones, así como el tercero, ilvIH , están regulados por la proteína sensible a la leucina (Lrp). [17] [18]
Los inhibidores de ALS se utilizan como herbicidas que privan lentamente a las plantas afectadas de estos aminoácidos , lo que finalmente conduce a la inhibición de la síntesis de ADN. Afectan a las gramíneas y a las dicotiledóneas por igual. No son una clase química, sino más bien una clase de mecanismo de acción con diversas químicas. La familia de inhibidores de ALS incluye sulfonilureas (SU), imidazolinonas , triazolopirimidinas (ver Categoría: Triazolopirimidinas ), oxibenzoatos de pirimidinilo y sulfonilaminocarbonil triazolinonas. [19] A marzo de 2022 [actualizar], los inhibidores de ALS sufren el peor problema de resistencia (conocido) de todas las clases de herbicidas, con 169 especies objetivo resistentes conocidas. [20] Las estructuras de los herbicidas ALS son radicalmente diferentes del sustrato normal y, por lo tanto, ninguno de ellos se une al sitio catalítico, sino a un sitio específico para la acción herbicida. Por lo tanto, se espera que las mutaciones de resistencia tengan efectos muy variables en la actividad de catálisis normal de la ELA, positivos, negativos y neutrales. No es sorprendente que eso sea exactamente lo que han demostrado los experimentos, incluido Yu et al. , 2007, que encontraron resistencia en Hordeum murinum debido a una sustitución de prolina → serina en el aminoácido 197 para aumentar la actividad de la ELA en 2x-3x. [2]
CADASIL , una enfermedad autosómica dominante identificada que se caracteriza por la recurrencia de infartos subcorticales que conducen a la demencia , se había mapeado previamente al gen “ILVBL” dentro de un intervalo de 2 cM, D19S226–D19S199. Este gen codifica una proteína muy similar a la acetolactato sintasa de otros organismos. No se observó ningún evento de recombinación con D19S841, un marcador microsatélite altamente polimórfico aislado de un cósmido mapeado en esta región. No se detectó ninguna mutación en este gen en pacientes con CADASIL, lo que sugiere que no está implicado en este trastorno. [4]
En el estudio de Escherichia coli , se ha demostrado que el dominio de unión FAD de ilvB interactúa con ilvN y activa la enzima AHAS I. [21]
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