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glutamato deshidrogenasa

La glutamato deshidrogenasa (GLDH, GDH) es una enzima observada tanto en mitocondrias procariotas como eucariotas . La reacción antes mencionada también produce amoníaco, que en eucariotas se procesa canónicamente como sustrato en el ciclo de la urea . Normalmente, la reacción de α-cetoglutarato a glutamato no ocurre en los mamíferos, ya que el equilibrio de la glutamato deshidrogenasa favorece la producción de amoníaco y α-cetoglutarato. La glutamato deshidrogenasa también tiene una afinidad muy baja por el amoníaco ( constante de Michaelis alta de aproximadamente 1 mM) y, por lo tanto, tendrían que estar presentes niveles tóxicos de amoníaco en el cuerpo para que se produjera la reacción inversa (es decir, α-cetoglutarato y amoníaco para glutamato y NAD(P)+). Sin embargo, en el cerebro, la proporción NAD+/NADH en las mitocondrias cerebrales estimula la desaminación oxidativa (es decir, glutamato a α-cetoglutarato y amoníaco). [1] En las bacterias, el amoníaco se asimila a los aminoácidos a través del glutamato y las aminotransferasas. [2] En las plantas, la enzima puede funcionar en cualquier dirección dependiendo del entorno y el estrés. [3] [4] Las plantas transgénicas que expresan GLDH microbianas mejoran su tolerancia a herbicidas, déficit hídrico e infecciones por patógenos. [5] Son más valiosos nutricionalmente. [6]

La enzima representa un vínculo clave entre las vías catabólicas y anabólicas y, por lo tanto, es ubicua en eucariotas. En los seres humanos, los genes relevantes se denominan GLUD1 (glutamato deshidrogenasa 1) y GLUD2 (glutamato deshidrogenasa 2), y también hay al menos cinco pseudogenes GLDH en el genoma humano . [7]

Aplicacion clinica

La GLDH se puede medir en un laboratorio médico para evaluar la función hepática. Los niveles elevados de GLDH en suero sanguíneo indican daño hepático y la GLDH juega un papel importante en el diagnóstico diferencial de la enfermedad hepática, especialmente en combinación con aminotransferasas . La GLDH se localiza en las mitocondrias , por lo que prácticamente no se libera ninguna en enfermedades inflamatorias generalizadas del hígado como las hepatitis virales. Las enfermedades hepáticas en las que la necrosis de los hepatocitos es el evento predominante, como el daño hepático tóxico o la enfermedad hepática hipóxica, se caracterizan por niveles elevados de GLDH en suero. La GLDH es importante para distinguir entre hepatitis viral aguda y necrosis hepática tóxica aguda o enfermedad hepática hipóxica aguda, particularmente en el caso de daño hepático con aminotransferasas muy altas. En ensayos clínicos , GLDH puede servir como medida de la seguridad de un fármaco. [ cita necesaria ]

El inmunoensayo enzimático (EIA) para la glutamato deshidrogenasa (GDH) se puede utilizar como herramienta de detección para pacientes con infección por Clostridioides difficile . La enzima se expresa de forma constitutiva en la mayoría de las cepas de C.diff y, por tanto, puede detectarse fácilmente en las heces. El diagnóstico generalmente se confirma con una EIA de seguimiento para las toxinas A y B de C. Diff. [ cita necesaria ]

Cofactores

NAD + (o NADP + ) es un cofactor de la reacción de la glutamato deshidrogenasa, que produce α-cetoglutarato y amonio como subproducto. [4] [8]

Según el cofactor que se utilice, las enzimas glutamato deshidrogenasa se dividen en las siguientes tres clases: [ cita necesaria ]

Papel en el flujo de nitrógeno.

La incorporación de amoníaco en animales y microbios se produce mediante las acciones de la glutamato deshidrogenasa y la glutamina sintetasa . El glutamato desempeña un papel central en el flujo de nitrógeno de mamíferos y microbios, sirviendo como donador y aceptor de nitrógeno. [ cita necesaria ]

Regulación de la glutamato deshidrogenasa.

En humanos, la actividad de la glutamato deshidrogenasa se controla mediante la ADP-ribosilación , una modificación covalente llevada a cabo por el gen sirt4 . Esta regulación se relaja en respuesta a la restricción calórica y los niveles bajos de glucosa en sangre . En estas circunstancias, la actividad de la glutamato deshidrogenasa aumenta para aumentar la cantidad de α-cetoglutarato producido, que puede usarse para proporcionar energía al usarse en el ciclo del ácido cítrico para finalmente producir ATP . [ cita necesaria ]

En los microbios, la actividad está controlada por la concentración de amonio o del ion rubidio de tamaño similar, que se une a un sitio alostérico en GLDH y cambia la K m ( constante de Michaelis ) de la enzima. [9]

El control de GLDH a través de la ribosilación de ADP es particularmente importante en las células β productoras de insulina . Las células beta secretan insulina en respuesta a un aumento en la proporción ATP: ADP y, a medida que la GLDH descompone los aminoácidos en α-cetoglutarato, esta proporción aumenta y se secreta más insulina. SIRT4 es necesario para regular el metabolismo de los aminoácidos como método para controlar la secreción de insulina y regular los niveles de glucosa en sangre .

Carl Frieden descubrió que la glutamato deshidrogenasa del hígado bovino estaba regulada por nucleótidos a finales de la década de 1950 y principios de la de 1960. [10] [11] [12] [13] Además de describir los efectos de nucleótidos como ADP, ATP y GTP, describió en detalle el diferente comportamiento cinético de NADH y NADPH. Como tal, fue una de las primeras enzimas en mostrar lo que más tarde se describió como comportamiento alostérico. [14]

La activación de la GDH de los mamíferos por la L-leucina y algunos otros aminoácidos hidrofóbicos también se conoce desde hace mucho tiempo, [15] sin embargo, la localización del sitio de unión no estaba clara. Sólo recientemente se identificó el nuevo sitio de unión alostérico para la L-leucina en una enzima de mamíferos. [dieciséis]

Las mutaciones que alteran el sitio de unión alostérico de GTP causan la activación permanente de la glutamato deshidrogenasa y conducen al síndrome de hiperinsulinismo-hiperamonemia .

Regulación

Regulación alostérica :

Esta proteína puede utilizar el modelo de regulación alostérica de la morfeína . [8] [17]

Inhibidores alostéricos:

Activadores:

Otros inhibidores:

Además, la GLDH de ratones muestra inhibición del sustrato mediante la cual la actividad de GLDH disminuye a altas concentraciones de glutamato. [8]

isoenzimas

Los humanos expresan las siguientes isoenzimas de glutamato deshidrogenasa :

Ver también

Referencias

  1. ^ McKenna MC, Ferreira GC (2016). "Complejos enzimáticos importantes para el ciclo glutamato-glutamina". El ciclo glutamato/GABA-Glutamina . Avances en Neurobiología. vol. 13. págs. 59–98. doi :10.1007/978-3-319-45096-4_4. ISBN 978-3-319-45094-0. PMID  27885627.
  2. ^ Lightfoot DA, Baron AJ, Wootton JC (mayo de 1988). "La expresión del gen de la glutamato deshidrogenasa de Escherichia coli en la cianobacteria Synechococcus PCC6301 provoca tolerancia al amonio". Biología Molecular Vegetal . 11 (3): 335–44. doi :10.1007/BF00027390. PMID  24272346. S2CID  21845538.
  3. ^ Mungur R, Glass AD, Goodenow DB, Lightfoot DA (junio de 2005). "Huellas dactilares de metabolitos en Nicotiana tabacum transgénica alterada por el gen de la glutamato deshidrogenasa de Escherichia coli". Revista de Biomedicina y Biotecnología . 2005 (2): 198–214. doi : 10.1155/JBB.2005.198 . PMC 1184043 . PMID  16046826. 
  4. ^ ab Grabowska A, Nowicki M, Kwinta J (2011). "Glutamato deshidrogenasa de las semillas de triticale en germinación: expresión genética, distribución de actividad y características cinéticas". Acta Physiol. Planta . 33 (5): 1981–90. doi : 10.1007/s11738-011-0801-1 .
  5. ^ Lightfoot DA, Bernhardt K, Mungur R, Nolte S, Ameziane R, Colter A, Jones K, Iqbal MJ, Varsa E, Young B (2007). "Mejora de la tolerancia a la sequía de plantas transgénicas Zea mays que expresan el gen de la glutamato deshidrogenasa (gdhA) de E. coli". Eufítica . 156 (1–2): 103–116. doi :10.1007/s10681-007-9357-y. S2CID  11806853.
  6. ^ Lightfoot DA (2009). "Genes para mejorar la eficiencia del uso del nitrógeno en los cultivos". En Wood, Andrew, Matthew A. Jenks (eds.). "Genes del estrés abiótico de las plantas" . Wiley-Blackwell. págs. 167–182. ISBN 978-0-8138-1502-2.
  7. ^ Aleshin YA, Aleshin VA (2024). "Los cambios evolutivos en las glutamato deshidrogenasas 1 y 2 de primates influyen en la regulación de proteínas por ligandos, focalización y modificaciones postraduccionales". Revista Internacional de Ciencias Moleculares . 25 (8). doi : 10.3390/ijms25084341 . PMC 11050691 . PMID  38673928. Arte. N° 4341. 
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  9. ^ Wootton JC (febrero de 1983). "Reevaluación de las afinidades de los iones amonio de las glutamato deshidrogenasas específicas de NADP. Activación de la enzima Neurospora crassa por iones amonio y rubidio". La revista bioquímica . 209 (2): 527–31. doi :10.1042/bj2090527. PMC 1154121 . PMID  6221721. 
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  11. ^ Frieden C (mayo de 1962). "La inhibición inusual de la glutamato deshidrogenasa por guanosina di y trifosfato". Biochimica et Biophysica Acta . 59 (2): 484–6. doi :10.1016/0006-3002(62)90204-4. PMID  13895207.
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  16. ^ abc Aleshin VA, Bunik VI, Bruch EM, Bellinzoni M (2022). "Base estructural para la unión de activadores alostéricos leucina y ADP a la glutamato deshidrogenasa de mamíferos". Int J Mol Sci . 23 (19): 11306. doi : 10.3390/ijms231911306 . PMC 9570180 . PMID  36232607. 
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  18. ^ Pournourmohammadi S, Grimaldi M, Stridh MH, Lavallard V, Waagepetersen HS, Wollheim CB, Maechler P (julio de 2017). "La epigalocatequina-3-galato (EGCG) activa la AMPK mediante la inhibición de la glutamato deshidrogenasa en las células ß del músculo y del páncreas: ¿un posible efecto beneficioso en el estado prediabético?". La Revista Internacional de Bioquímica y Biología Celular . 88 : 220–225. doi :10.1016/j.biocel.2017.01.012. PMID  28137482.

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