La enzima acetolactato sintasa ( ALS ) (también conocida como acetohidroxiácido o acetohidroxiácido sintasa , abreviado AHAS ) [2] es una proteína que se encuentra en plantas y microorganismos. La ALS cataliza el primer paso en la síntesis de los aminoácidos de cadena ramificada ( valina , leucina e isoleucina ). [3]
Una proteína humana de función aún desconocida, que comparte cierta similitud de secuencia con la ELA bacteriana, está codificada por el gen ILVBL (tipo ilvB) . [4]
El gen ILVBL humano tiene 17 exones y reside en el cromosoma 19 en q13.1. [5]
El péptido catalítico de la ELA en Arabidopsis thaliana (berro oreja de ratón) es una proteína cloroplástica que consta de 670 residuos, los últimos 615 de los cuales forman la forma activa. Se encuentran tres dominios principales, con dos pirofosfato de tiamina intercalando un dominio de unión a NAD/FAD similar a DHS. [6] En la asignación SCOP, estas subunidades se denominan d1yhya1, d1yhya2 y d1yhya3 desde el terminal N hasta el terminal C. [7]
La estructura de la acetolactato sintasa que se utilizó para la imagen de esta página se determinó mediante difracción de rayos X a 2,70 angstroms. La difracción de rayos X utiliza rayos X en longitudes de onda específicas para producir patrones, ya que los rayos X se dispersan de ciertas maneras que dan una idea de la estructura de la molécula que se analiza.
Hay cinco ligandos específicos que interactúan con esta proteína. Los cinco se enumeran a continuación.
El FAD ligado no es catalítico.
La acetolactato sintasa es una enzima catalítica implicada en la biosíntesis de varios aminoácidos. Esta enzima tiene el Código de la Comisión de Enzimas 2.2.1.6, lo que significa que la enzima es una transcetolasa o una transaldolasa, que se clasifica dentro de las transferasas que transfieren residuos de aldehído o cetona. En este caso, la acetolactato sintasa es una transcetolasa, que se mueve hacia adelante y hacia atrás y tiene formas tanto catabólicas como anabólicas. Estos actúan sobre una cetona ( piruvato ) y pueden avanzar y retroceder en la cadena metabólica. Estos se encuentran en humanos, animales, plantas y bacterias. En las plantas, se encuentran en los cloroplastos para ayudar en los procesos metabólicos. [6] En la levadura de panadería, se encuentran en las mitocondrias. [8] En varios experimentos, se ha demostrado que las cepas mutadas de Escherichia coli K-12 sin la enzima no pudieron crecer en presencia únicamente de acetato u oleato como única fuente de carbono. [9]
En algunas bacterias se encuentra una versión catabólica que no se une a FAD ( InterPro : IPR012782 ).
La acetolactato sintasa, también conocida como acetohidroxiácido sintasa, es una enzima involucrada específicamente en la conversión de piruvato en acetolactato:
La reacción utiliza pirofosfato de tiamina para unir las dos moléculas de piruvato. El producto resultante de esta reacción, el acetolactato, eventualmente se convierte en valina, leucina e isoleucina. Estos tres aminoácidos son aminoácidos esenciales y los humanos no pueden sintetizarlos. Esto también lleva al nombre sistémico de piruvato: piruvato acetaldehídotransferasa (descarboxilante) . Esta enzima es la primera de varias enzimas en el ciclo de biosíntesis de leucina y valina, tomando las moléculas iniciales de piruvato e iniciando la conversión de ácido pirúvico a aminoácidos. El residuo específico responsable de esto es una glicina en la posición 511 de la proteína. Este es el que requiere de un cofactor de TPP para su función.
Cuatro residuos específicos son responsables de la actividad catalítica de esta enzima. Se enumeran aquí con los cofactores requeridos escritos después.
La secuencia principal de esta proteína en Arabidopsis se enumera a continuación. Los residuos implicados en la actividad catalítica están en negrita. La mutagénesis de Asp428, que es un ligando carboxilato crucial para el Mg(2+) en el "motivo ThDP", conduce a una disminución de la afinidad de AHAS II por el Mg(2+). Mientras que el mutante D428N muestra una afinidad por ThDP cercana a la del tipo salvaje en la saturación con Mg(2+), D428E tiene una afinidad disminuida por ThDP. Estas mutaciones también conducen a la dependencia de la enzima del K(+). [10]
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Debido a la inhibición y a varios factores, es un procedimiento lento.
En Arabidopsis, dos cadenas de ALS catalítica ( InterPro : IPR012846 ) forman complejos con dos pequeñas subunidades reguladoras ( InterPro : IPR004789 ), VAT1 y At2g31810. [12] [13] Esta disposición está muy extendida tanto en la ELA bacteriana como en la eucariota. La estructura hetromérica fue demostrada en E. coli en 1984 y en eucariotas ( S. cerevisiae y Porphyra purpurea ) en 1997. [14] La mayoría de las proteínas reguladoras tienen un dominio ACT ( InterPro : IPR002912 ) y algunas de ellas tienen un NiKR - como terminal C ( InterPro : IPR027271 ).
En las bacterias ( E. coli ), la acetolactato sintasa consta de tres pares de isoformas. Cada par incluye una subunidad grande, que se cree que es responsable de la catálisis , y una subunidad pequeña de la inhibición por retroalimentación . Cada par de subunidades, o ALS I, II y III respectivamente, está ubicado en su propio operón , ilvBN, ilvGM e ilvIH (donde ilvN regulaba a ilvB, y viceversa). Juntos, estos operones codifican varias enzimas implicadas en la biosíntesis de aminoácidos de cadena ramificada. La regulación es diferente para cada operón. [15]
El operón ilvGMEDA codifica el par ilvGM (ALS II), así como una transaminasa de aminoácidos de cadena ramificada (ilvE), una dihidroxiácido deshidratasa (ilvD) y una treonina amonialiasa (ilvA). Está regulado por inhibición por retroalimentación en forma de atenuación transcripcional . Es decir, la transcripción se reduce en presencia de los productos finales de la vía, los aminoácidos de cadena ramificada.
El operón ilvBNC codifica el par ilvBN (ALS I) y una reductoisomerasa de ácido cetol (ilvC). Está regulado de manera similar, pero es específico de la isoleucina y la leucina; La valina no lo afecta directamente.
Tanto el operón ilvGMEDA como el ilvBNC se desreprimen durante la escasez de aminoácidos de cadena ramificada por el mismo mecanismo que los reprime. Ambos operones, así como el tercero, ilvIH , están regulados por la proteína sensible a la leucina (Lrp). [16] [17]
Los inhibidores de ALS se utilizan como herbicidas que lentamente privan a las plantas afectadas de estos aminoácidos , lo que eventualmente conduce a la inhibición de la síntesis de ADN. Afectan tanto a gramíneas como a dicotiledóneas. No son una clase de química sino más bien una clase de mecanismo de acción con diversas químicas. La familia de inhibidores de la ELA incluye sulfonilureas (SU), imidazolinonas , triazolopirimidinas (ver Categoría: Triazolopirimidinas ), oxibenzoatos de pirimidinilo y sulfonilamino carbonil triazolinonas. [18] En marzo de 2022 [actualizar], los inhibidores de ALS sufren el peor problema de resistencia (conocido) de todas las clases de herbicidas, con 169 especies objetivo resistentes conocidas. [19] Las estructuras de los herbicidas ALS son radicalmente diferentes del sustrato normal y, por lo tanto, ninguno de ellos se une en el sitio catalítico sino en un sitio específico de la acción herbicida. Por lo tanto, se espera que las mutaciones de resistencia tengan efectos muy variables sobre la actividad catálisis normal de ALS, positivos, negativos y neutrales. Como era de esperar, eso es exactamente lo que han demostrado los experimentos, incluido el de Yu et al. , 2007 encontró resistencia en Hordeum murinum debido a una sustitución de prolina → serina en el aminoácido 197 para aumentar la actividad de ALS entre 2 y 3 veces. [2]
CADASIL , una afección autosómica dominante identificada caracterizada por la recurrencia de infartos subcorticales que conducen a demencia , se asignó previamente al gen "ILVBL" dentro de un intervalo de 2 cM, D19S226-D19S199. Este gen codifica una proteína muy similar a la acetolactato sintasa de otros organismos. No se observó ningún evento de recombinación con D19S841, un marcador microsatélite altamente polimórfico aislado de un cósmido mapeado en esta región. No se detectó ninguna mutación en este gen en pacientes con CADASIL, lo que sugiere que no está implicado en este trastorno. [4]
En el estudio de Escherichia coli , se ha demostrado que el dominio de unión a FAD de ilvB interactúa con ilvN y activa la enzima AHAS I. [20]
