La citrato sintasa ( EC 2.3.3.1 (anteriormente 4.1.3.7)) es una enzima que existe en casi todas las células vivas. Funciona como una enzima que marca el ritmo en el primer paso del ciclo del ácido cítrico (o ciclo de Krebs ). [5] La citrato sintasa se encuentra dentro de las células eucariotas en la matriz mitocondrial , pero está codificada por el ADN nuclear en lugar de mitocondrial. Se sintetiza utilizando ribosomas citoplasmáticos y luego se transporta a la matriz mitocondrial.
La citrato sintasa se utiliza comúnmente como un marcador enzimático cuantitativo para 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 entrenamiento de resistencia o entrenamiento en intervalos de alta intensidad , [6] pero la actividad máxima aumenta 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 oxaloacetato de cuatro carbonos para formar el citrato de seis carbonos : [5]
El oxaloacetato se regenera después de completar una ronda del ciclo de Krebs.
El oxaloacetato 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 el acetil-CoA. Solo cuando se haya formado este citril-CoA, otro cambio conformacional provocará la hidrólisis del tioéster y liberará la coenzima A. Esto garantiza que la energía liberada a partir de la ruptura del enlace del 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 hélices alfa. 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 lámina beta de 13 residuos. Entre estas dos subunidades, existe una única hendidura que contiene el sitio activo. En ella se pueden encontrar dos sitios de unión: uno reservado para el citrato o el 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 los 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 la 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 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 intermediario enólico [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 abstrae el protón del hidroxilo enol para reformar un anión enolato que inicia un ataque nucleofílico en el carbono carbonílico 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, una molécula de agua es desprotonada por el átomo de nitrógeno épsilon de His-320 y se inicia la hidrólisis . Uno de los pares solitarios del oxígeno ataca nucleofílicamente al carbono carbonílico de citroil−CoA. Esto forma un intermedio tetraédrico y da como resultado la expulsión de −SCoA a medida que se reforma el carbonilo. 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 altas concentraciones de ATP y NADH muestran que el suministro de energía es alto para la célula. También es inhibida por succinil-CoA y propionil-CoA, que se asemeja al acetil-CoA y actúa como un inhibidor competitivo del acetil-CoA y un inhibidor no competitivo del oxaloacetato. [12] El citrato inhibe la reacción y es un ejemplo de inhibición del producto. La inhibición de la citrato sintasa por análogos del 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 único sitio alterna entre dos formas, que participan en la actividad de la ligasa y la hidrolasa respectivamente. [9] Esta proteína puede utilizar el modelo de morfeína de regulación alostérica . [13]
