La fosforribosilamina-glicina ligasa , también conocida como glicinamida ribonucleótido sintetasa ( GARS ), ( EC 6.3.4.13) es una enzima que cataliza la reacción química
que es el segundo paso en la biosíntesis de purinas . Los 3 sustratos de esta enzima son ATP , 5-fosfo-D-ribosilamina y glicina , mientras que sus 3 productos son ADP , fosfato y N1-(5-fosfo-D-ribosil)glicinamida .
Esta enzima pertenece a la familia de las ligasas , específicamente a aquellas que forman enlaces genéricos carbono-nitrógeno.
En bacterias , GARS es una enzima monofuncional (codificada por el gen purD). Los genes purD a menudo contienen el motivo de ARN PurD en su UTR 5' . [1] En levadura , GARS es parte de una enzima bifuncional (codificada por el gen ADE5/7) junto con la fosforribosilformilglicinamidina cicloligasa (AIRS). En eucariotas superiores , incluidos los humanos, [2] GARS es parte de una enzima trifuncional junto con AIRS y con la fosforribosilglicinamida formiltransferasa (GART), [3] formando GARS-AIRS-GART .
El nombre sistemático de esta clase de enzimas es 5-fosfo-D-ribosilamina:glicina ligasa (formadora de ADP). Otros nombres de uso común son:
GARS opera a través de un mecanismo secuencial ordenado. La 5-fosfo-D-ribosilamina (PRA) se une primero, luego el ATP y finalmente la glicina. El fosfato se libera primero, seguido del ADP y GAR. [4] El oxígeno en el anillo de ribosa de PRA es importante en la unión del sustrato, probablemente debido a la energía favorable de los enlaces de hidrógeno y la conformación del anillo que confiere. [5] Además, el grupo fosfato de GAR ha sido implicado en el reconocimiento del sustrato de GARS. La reacción comienza con el oxígeno de la glicina actuando como un nucleófilo para atacar el fósforo γ del ATP. Luego, el nitrógeno de PRA ataca el carbono carbonílico en el intermedio y el fosfato se va, formando GAR. [4] [6]
A finales de 2007, se han resuelto 3 estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1GSO, 1VKZ y 2QK4. La estructura general de la enzima, basada en la cristalización de E. coli , [7] consta de 16 hélices alfa que se conectan a 20 cadenas beta mediante giros y bucles. Hay cuatro dominios principales: N, A, B y C. Cada dominio tiene una lámina beta central con una hélice alfa en al menos un lado. Los dominios N, A y C están agrupados, mientras que el dominio B está ligeramente separado de los demás y conectado a ellos por dos regiones de bisagra. El sitio activo está entre el grupo NAC y el dominio B. Los dominios A y B parecen facilitar la unión de ATP, mientras que los dominios N y C confieren especificidad de sustrato. El dominio N es muy similar al de la transformilasa de ribonucleótido de glicinamida. Aunque la orientación de los dominios B varía, la estructura de GARS es muy similar en todos los organismos. [4] Además, el gen ha sido secuenciado en muchos organismos, y E. coli muestra entre 41 y 52% de identidad con las secuencias GARS de B. subtilis , S. cerevisiae , D. melanogaster y D. pseudobscura . [8] Se ha demostrado que el GARS-AIRS-GART humano es más similar al de ratones, chimpancés y vacas. [9] Entre los aminoácidos que son idénticos en B. subtilis , S. cerevisiae , D. melanogaster y D. pseudobscura , casi un tercio son glicina y prolina , lo que sugiere que juegan un papel importante en el plegamiento adecuado de la proteína. [8] Además de una estructura similar en todas las especies, GARS en su conjunto tiene una estructura muy similar a la D-alanina:D-alanina ligasa , la biotina carboxilasa y la glutatión sintetasa . Todas estas enzimas tienen un dominio de unión de ATP clasificado como dominios de agarre de ATP . [4]
En los seres humanos, el gen que codifica para GARS-AIRS-GART se encuentra en el cromosoma 21 , y los individuos con síndrome de Down tienen niveles más altos de purina, lo que se ha correlacionado con el retraso mental. Por lo tanto, se han realizado estudios para investigar su participación en el síndrome de Down. Se ha descubierto que GARS se expresa durante más tiempo en individuos con síndrome de Down que en individuos no afectados. [10] En individuos no afectados, GARS se expresa en gran medida en el cerebelo antes del nacimiento, pero apenas se expresa tres semanas después del nacimiento. En individuos con síndrome de Down, la expresión de GARS continúa hasta al menos siete semanas después del nacimiento. Esto sugiere que GARS puede ser un contribuyente principal al desarrollo del síndrome de Down. Sin embargo, hasta ahora no se han identificado mutaciones de GARS que puedan cambiar su función y causar retraso mental relacionado con el síndrome de Down. [11]
