La glicerol-3-fosfato deshidrogenasa ( GPDH ) es una enzima que cataliza la conversión redox reversible de dihidroxiacetona fosfato (también conocido como glicerol fosfato, obsoleto) en sn- glicerol 3-fosfato . [2]
Los términos más antiguos para la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa incluyen alfa glicerol-3-fosfato deshidrogenasa (alfaGPDH) y glicerolfosfato deshidrogenasa (GPDH). Sin embargo, no es lo mismo la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa que la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH), cuyo sustrato es un aldehído y no un alcohol .
Fig. 1. Descripción esquemática del metabolismo fermentativo y oxidativo de la glucosa de Saccharomyces cerevisiae . (A) parte superior de la glucólisis , que incluye dos reacciones de fosforilación de azúcares . (B) fructosa-1,6-bifosfato aldolasa, que divide la molécula C6 en dos triosas fosfato (C) triosafosfato isomerasa, que interconvierte DHAP y GAP. (D) vía del glicerol que reduce la DHAP a glicerol-3-fosfato (G3P) por la G3P deshidrogenasa, seguida de la desfosforilación a glicerol por la G3Pasa. (E) La parte inferior de la glucólisis convierte GAP en piruvato mientras genera 1 NADH y 2 ATP a través de una serie de 5 enzimas. (F) Fermentación alcohólica; descarboxilación del piruvato por la piruvato descarboxilasa, seguida de la reducción de acetaldehído a etanol. (G) la piruvato-deshidrogenasa mitocondrial convierte el piruvato en acetil-CoA, que ingresa al ciclo del ácido tricarboxílico. (H) NADH deshidrogenasas mitocondriales externas. (I) G3P deshidrogenasa mitocondrial. Los electrones de estas tres deshidrogenasas ingresan a la cadena respiratoria al nivel del grupo de quinol (Q). (J) NADH deshidrogenasa mitocondrial interna. (K) ATP sintasa. (L) esquema generalizado de la lanzadera NADH. (M) oxidación de formiato por la formiato deshidrogenasa. [4]
Reacción
El par de coenzimas NAD+ / NADH actúa como reservorio de electrones para reacciones metabólicas redox , transportando electrones de una reacción a otra. [5] La mayoría de estas reacciones metabólicas ocurren en las mitocondrias . Para regenerar NAD+ para su uso posterior, los depósitos de NADH en el citosol deben reoxidarse. Dado que la membrana interna mitocondrial es impermeable tanto al NADH como al NAD+ , estos no pueden intercambiarse libremente entre el citosol y la matriz mitocondrial . [4]
Una forma de transportar este equivalente reductor a través de la membrana es a través de la lanzadera de glicerol-3-fosfato , que emplea dos formas de GPDH:
Como resultado, el NAD+ se regenera para una mayor actividad metabólica.
GPD1 consta de dos subunidades [9] y reacciona con fosfato de dihidroxiacetona y NAD+ a través de la siguiente interacción:
Figura 4. El sitio activo putativo. El grupo fosfato de DHAP está medio rodeado por la cadena lateral de Arg269 e interactúa con Arg269 y Gly268 directamente mediante enlaces de hidrógeno (no se muestran). Los residuos conservados Lys204, Asn205, Asp260 y Thr264 forman una red de enlaces de hidrógeno estable. La otra red de enlaces de hidrógeno incluye los residuos Lys120 y Asp260, así como una molécula de agua ordenada (con un factor B de 16,4 Å2), que se une a Gly149 y Asn151 (no se muestra). En estas dos redes electrostáticas, sólo el grupo ε-NH 3 + de Lys204 es el más cercano al átomo de C2 de DHAP (3,4 Å). [1]
Los estudios indican que la GPDH en su mayor parte no se ve afectada por los cambios de pH : ni la GPD1 ni la GPD2 se ven favorecidas en determinadas condiciones de pH .
A altas concentraciones de sal (por ejemplo, NaCl ), la actividad de GPD1 aumenta con respecto a GPD2, ya que un aumento en la salinidad del medio conduce a una acumulación de glicerol en respuesta.
Los cambios de temperatura no parecen favorecer ni a GPD1 ni a GPD2. [11]
Lanzadera de glicerol-3-fosfato
El citosólico junto con la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa mitocondrial trabajan en conjunto. La oxidación del NADH citoplasmático por la forma citosólica de la enzima crea glicerol-3-fosfato a partir de dihidroxiacetona fosfato. Una vez que el glicerol-3-fosfato ha atravesado la membrana mitocondrial externa, puede ser oxidado por una isoforma separada de glicerol-3-fosfato deshidrogenasa que utiliza quinona como oxidante y FAD como cofactor. Como resultado, hay una pérdida neta de energía, comparable a una molécula de ATP. [7]
La acción combinada de estas enzimas mantiene la relación NAD+ / NADH que permite el funcionamiento continuo del metabolismo.
Papel en la enfermedad
El papel fundamental de la GPDH en el mantenimiento del potencial NAD+ / NADH , así como su papel en el metabolismo de los lípidos , convierte a la GPDH en un factor en enfermedades de desequilibrio lipídico, como la obesidad .
También se ha descubierto que la GPDH desempeña un papel en el síndrome de Brugada . Se ha demostrado que las mutaciones en el gen que codifica GPD1 causan defectos en la cadena de transporte de electrones . Se cree que este conflicto con los niveles de NAD+ / NADH en la célula contribuye a defectos en la regulación del canal iónico de sodio cardíaco y puede provocar una arritmia letal durante la infancia. [13]
Objetivo farmacológico
Se cree que la isoforma mitocondrial de la G3P deshidrogenasa es inhibida por la metformina , un fármaco de primera línea para la diabetes tipo 2 . [14]
Investigación biológica
Sarcophaga barbata se utilizó para estudiar la oxidación del L-3-glicerofosfato en las mitocondrias. Se ha comprobado que el L-3-glicerofosfato no penetra en la matriz mitocondrial, a diferencia del piruvato. Esto ayuda a localizar la L-3-glicerofosfato-flavoproteína oxidorreductasa, que se encuentra en la membrana interna de las mitocondrias.
Estructura
La glicerol-3-fosfato deshidrogenasa consta de dos dominios proteicos . El dominio N-terminal es un dominio de unión a NAD y el extremo C actúa como un dominio de unión a sustrato. [15] Sin embargo, los residuos de la interfaz de dímero y tetrámero están involucrados en la unión de GAPDH-ARN, ya que GAPDH puede exhibir varias actividades de pluriempleo, incluida la modulación de la unión y/o la estabilidad del ARN. [dieciséis]
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