La fructosa-bisfosfato aldolasa ( EC 4.1.2.13), a menudo simplemente aldolasa , es una enzima que cataliza una reacción reversible que divide el aldol , fructosa 1,6-bisfosfato , en las triosas fosfato dihidroxiacetona fosfato (DHAP) y gliceraldehído 3-fosfato (G3P). La aldolasa también puede producir DHAP a partir de otras (3S,4R) -cetosas 1-fosfatos como la fructosa 1-fosfato y la sedoheptulosa 1,7-bisfosfato . La gluconeogénesis y el ciclo de Calvin , que son vías anabólicas , utilizan la reacción inversa. La glucólisis , una vía catabólica , utiliza la reacción directa. La aldolasa se divide en dos clases por mecanismo.
La palabra aldolasa también se refiere, de manera más general, a una enzima que realiza una reacción aldólica (creando un aldol ) o su inversa (escindiendo un aldol), como la aldolasa del ácido siálico , que forma ácido siálico . Véase la lista de aldolasas .
Las proteínas de clase I forman un intermediario de base de Schiff protonada que une una lisina del sitio activo altamente conservada con el carbono carbonílico de DHAP. Además, los residuos de tirosina son cruciales para este mecanismo al actuar como aceptores de hidrógeno estabilizadores. Las proteínas de clase II utilizan un mecanismo diferente que polariza el grupo carbonilo con un catión divalente como Zn 2+ . La proteína del operón galactitol de Escherichia coli , gatY, y la proteína del operón N-acetil galactosamina , agaY, que son tagatosa-bisfosfato aldolasa , son homólogas de la fructosa-bisfosfato aldolasa de clase II. Se ha demostrado que dos residuos de histidina en la primera mitad de la secuencia de estos homólogos están involucrados en la unión del zinc. [1]
Las subunidades proteicas de ambas clases tienen un dominio α/β plegado en un barril TIM que contiene el sitio activo. Varias subunidades se ensamblan para formar la proteína completa . Las dos clases comparten poca identidad de secuencia .
Con pocas excepciones, solo se han encontrado proteínas de clase I en animales , plantas y algas verdes . [2] Con pocas excepciones, solo se han encontrado proteínas de clase II en hongos . Ambas clases se han encontrado ampliamente en otros eucariotas y en bacterias . [3] Las dos clases a menudo están presentes juntas en el mismo organismo. Las plantas y las algas tienen aldolasa plastídica , a veces una reliquia de la endosimbiosis , además de la aldolasa citosólica habitual. Una fructosa-bisfosfato aldolasa/fosfatasa bifuncional, con mecanismo de clase I, se ha encontrado ampliamente en arqueas y en algunas bacterias. [4] El sitio activo de esta aldolasa arqueal también está en un barril TIM.
La gluconeogénesis y la glucólisis comparten una serie de seis reacciones reversibles. En la gluconeogénesis, el gliceraldehído-3-fosfato se reduce a fructosa 1,6-bisfosfato con la ayuda de la aldolasa. En la glucólisis, la fructosa 1,6-bisfosfato se convierte en gliceraldehído-3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato mediante el uso de la aldolasa. La aldolasa utilizada en la gluconeogénesis y la glucólisis es una proteína citoplasmática.
En los vertebrados se encuentran tres formas de proteína de clase I. La aldolasa A se expresa preferentemente en el músculo y el cerebro; la aldolasa B en el hígado, el riñón y los enterocitos ; y la aldolasa C en el cerebro. Las aldolasas A y C participan principalmente en la glucólisis , mientras que la aldolasa B participa tanto en la glucólisis como en la gluconeogénesis. [5] Algunos defectos en la aldolasa B causan intolerancia hereditaria a la fructosa . El metabolismo de la fructosa libre en el hígado explota la capacidad de la aldolasa B de utilizar la fructosa 1-fosfato como sustrato . [6] La fructosa-bisfosfato aldolasa/fosfatasa arqueal presumiblemente participa en la gluconeogénesis porque su producto es la fructosa 6-fosfato. [7]
El ciclo de Calvin es una vía de fijación de carbono ; es parte de la fotosíntesis, que convierte el dióxido de carbono y otros compuestos en glucosa. Esta y la gluconeogénesis comparten una serie de cuatro reacciones reversibles. En ambas vías, el 3-fosfoglicerato (3-PGA o 3-PG) se reduce a fructosa 1,6-bisfosfato, y la aldolasa cataliza la última reacción. Una quinta reacción, catalizada en ambas vías por la fructosa 1,6-bisfosfatasa , hidroliza la fructosa 1-6-bisfosfato a fructosa 6-fosfato y fosfato inorgánico. La gran disminución de la energía libre hace que esta reacción sea irreversible. En el ciclo de Calvin, la aldolasa también cataliza la producción de sedoheptulosa 1,7-bisfosfato a partir de DHAP y eritrosa 4-fosfato . Los principales productos del ciclo de Calvin son la triosa fosfato (TP), que es una mezcla de DHAP y G3P, y la fructosa 6-fosfato. Ambos son necesarios para regenerar la RuBP . La aldolasa que utilizan las plantas y las algas en el ciclo de Calvin suele ser una proteína dirigida a los plástidos y codificada por un gen nuclear.
La aldolasa cataliza
y también
La aldolasa se utiliza en el tronco reversible de la gluconeogénesis/glucólisis.
La aldolasa también se utiliza en la parte del ciclo de Calvin compartida con la gluconeogénesis, con la hidrólisis irreversible de fosfato al final catalizada por la fructosa 1,6-bisfosfatasa.
En la gluconeogénesis, la 3-PG es producida por la enolasa y la fosfoglicerato mutasa actuando en serie.
En el ciclo de Calvin, el 3-PG es producido por RuBisCO
La G3P es producida por la fosfoglicerato quinasa que actúa en serie con la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) en la gluconeogénesis, y en serie con la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (NADP+) (fosforilando) en el ciclo de Calvin.
La triosa-fosfato isomerasa mantiene DHAP y G3P casi en equilibrio, produciendo la mezcla llamada triosa fosfato (TP).
Por tanto, tanto DHAP como G3P están disponibles para la aldolasa.
La aldolasa también ha sido implicada en muchas funciones "pluriempleadas" o no catalíticas, basándose en su afinidad de unión con muchas otras proteínas, incluyendo F-actina , α-tubulina , dineína de cadena ligera , WASP , intercambiador de aniones Band 3 , fosfolipasa D ( PLD2 ), transportador de glucosa GLUT4 , trifosfato de inositol , V-ATPasa y ARNO (un factor de intercambio de nucleótidos de guanina de ARF6 ). Se cree que estas asociaciones están predominantemente involucradas en la estructura celular, sin embargo, se ha explorado la participación en la endocitosis, invasión de parásitos, reordenamiento del citoesqueleto, motilidad celular, tráfico y reciclaje de proteínas de membrana, transducción de señales y compartimentación tisular. [8] [9] [10]
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