La glutatión sintetasa ( GSS ) ( EC 6.3.2.3) es la segunda enzima en la vía de biosíntesis del glutatión (GSH). Cataliza la condensación de gamma-glutamilcisteína y glicina para formar glutatión. [2] La glutatión sintetasa también es un potente antioxidante. Se encuentra en muchas especies, incluidas bacterias, levaduras, mamíferos y plantas. [3]
En los seres humanos, los defectos en GSS se heredan de forma autosómica recesiva y son la causa de acidosis metabólica grave , 5-oxoprolinuria , aumento de la tasa de hemólisis y función defectuosa del sistema nervioso central . [4] Las deficiencias en GSS pueden causar un espectro de síntomas nocivos tanto en plantas como en seres humanos. [5]
En eucariotas , esta es una enzima homodímera . El dominio de unión al sustrato tiene una estructura alfa / beta /alfa de tres capas . [6] Esta enzima utiliza y estabiliza un intermediario de acilfosfato para luego realizar un ataque nucleofílico favorable de la glicina .
Las glutatión sintetasas humanas y de levadura son homodímeros , lo que significa que están compuestas de dos subunidades idénticas de sí mismas unidas entre sí de forma no covalente . Por otro lado, la glutatión sintetasa de E. coli es un homotetrámero . [3] Sin embargo, son parte de la superfamilia ATP-grasp , que consta de 21 enzimas que contienen un pliegue ATP-grasp. [7] Cada subunidad interactúa entre sí a través de interacciones de enlaces de hidrógeno de hélice alfa y lámina beta y contiene dos dominios. Un dominio facilita el mecanismo ATP-grasp [8] y el otro es el sitio activo catalítico para γ-glutamilcisteína . El pliegue ATP-grasp se conserva dentro de la superfamilia ATP-grasp y se caracteriza por dos hélices alfa y láminas beta que retienen la molécula de ATP entre ellas. [9] El dominio que contiene el sitio activo exhibe interesantes propiedades de especificidad. A diferencia de la γ-glutamilcisteína sintetasa, la glutatión sintetasa acepta una gran variedad de análogos de γ-glutamilcisteína modificados con glutamato, pero es mucho más específica para los análogos de γ-glutamilcisteína modificados con cisteína. [10] Las estructuras cristalinas han demostrado que la glutatión sintetasa está unida a GSH, ADP, dos iones de magnesio y un ion de sulfato. [11] Dos iones de magnesio funcionan para estabilizar el intermediario de acilfosfato, facilitar la unión de ATP y activar la eliminación del grupo fosfato del ATP. El ion de sulfato sirve como reemplazo del fosfato inorgánico una vez que se forma el intermediario de acilfosfato dentro del sitio activo. [6]
A finales de 2007, se han resuelto 7 estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1GLV, 1GSA, 1GSH, 1M0T, 1M0W, 2GLT y 2HGS.
La glutatión sintasa cataliza la reacción química
Los 3 sustratos de esta enzima son ATP , gamma-L-glutamil-L-cisteína y glicina , mientras que sus 3 productos son ADP , fosfato y glutatión .
Esta enzima pertenece a la familia de las ligasas , específicamente a aquellas que forman enlaces carbono-nitrógeno como las ligasas ácido-D-aminoácido (péptido sintasas). El nombre sistemático de esta clase de enzimas es gamma-L-glutamil-L-cisteína:glicina ligasa (formadora de ADP) . Otros nombres de uso común incluyen glutatión sintetasa y GSH sintetasa . Esta enzima participa en el metabolismo del glutamato y del glutatión . Se sabe que al menos un compuesto, el fosfinato, inhibe esta enzima .
Los mecanismos biosintéticos de las sintetasas utilizan energía de los trifosfatos de nucleósidos , mientras que las sintasas no lo hacen. [12] La glutatión sintetasa se mantiene fiel a esta regla, ya que utiliza la energía generada por el ATP. Inicialmente, el grupo carboxilato de la γ-glutamilcisteína se convierte en un fosfato de acilo mediante la transferencia de un grupo fosfato inorgánico de ATP para generar un intermedio de fosfato de acilo. Luego, el grupo amino de la glicina participa en un ataque nucleofílico, desplazando el grupo fosfato y formando GSH. [13] Una vez elaborado el producto final de GSH, la glutatión peroxidasa puede usarlo para neutralizar las especies reactivas de oxígeno (ROS) como el H 2 O 2 o las glutatión S-transferasas en la desintoxicación de xenobióticos . [7]
La glutatión sintetasa es importante para una variedad de funciones biológicas en múltiples organismos. En Arabidopsis thaliana , los niveles bajos de glutatión sintetasa han resultado en una mayor vulnerabilidad a factores estresantes como metales pesados , químicos orgánicos tóxicos y estrés oxidativo . [15] La presencia de un grupo funcional tiol permite que su producto GSH sirva tanto como un agente oxidante como reductor eficaz en numerosos escenarios biológicos. Los tioles pueden aceptar fácilmente un par de electrones y oxidarse a disulfuros , y los disulfuros pueden reducirse fácilmente para regenerar tioles. Además, la cadena lateral tiol de las cisteínas sirve como potentes nucleófilos y reacciona con oxidantes y especies electrofílicas que de otro modo causarían daño a la célula. [16] Las interacciones con ciertos metales también estabilizan los intermediarios de tiolato. [17]
En los seres humanos, la glutatión sintetasa funciona de manera similar. Su producto GSH participa en vías celulares implicadas en la homeostasis y el mantenimiento celular. Por ejemplo, las glutatión peroxidasas catalizan la oxidación de GSH a glutatión disulfuro (GSSG) al reducir los radicales libres y las especies reactivas de oxígeno como el peróxido de hidrógeno. [18] La glutatión S-transferasa utiliza GSH para depurar varios metabolitos, xenobióticos y electrófilos a mercaptúricos para su excreción. [19] Debido a su función antioxidante, la GSS produce principalmente GSH dentro del citoplasma de las células hepáticas y se importa a las mitocondrias donde se produce la desintoxicación. [20] El GSH también es esencial para la activación del sistema inmunológico para generar mecanismos de defensa robustos contra patógenos invasores. [19] El GSH es capaz de prevenir la infección por el virus de la gripe. [21] [22]
Los pacientes con mutaciones en el gen GSS desarrollan deficiencia de glutatión sintetasa (GSS) , un trastorno autosómico recesivo. [23] Los pacientes desarrollan una amplia gama de síntomas dependiendo de la gravedad de las mutaciones. Los pacientes levemente afectados experimentan una anemia hemolítica compensada porque las mutaciones afectan la estabilidad de la enzima. Los individuos moderadamente y gravemente afectados tienen enzimas con sitios catalíticos disfuncionales, lo que las vuelve incapaces de participar en las reacciones de desintoxicación. Los síntomas fisiológicos incluyen acidosis metabólica , defectos neurológicos y mayor susceptibilidad a infecciones patógenas. [4]
El tratamiento de las personas con deficiencia de glutatión sintetasa generalmente implica tratamientos terapéuticos para abordar los síntomas y afecciones leves a graves. Para tratar la acidosis metabólica , a los pacientes gravemente afectados se les administran grandes cantidades de bicarbonato y antioxidantes como la vitamina E y la vitamina C. [ 24] En los casos leves, se ha demostrado que el ascorbato y la N -acetilcisteína aumentan los niveles de glutatión y aumentan la producción de eritrocitos . [25] Es importante señalar que, debido a que la deficiencia de glutatión sintetasa es tan rara, se la comprende poco. La enfermedad también aparece en un espectro, por lo que es aún más difícil generalizar entre los pocos casos que ocurren. [26]
