stringtranslate.com

Serina C-palmitoiltransferasa

En enzimología , una serina C -palmitoiltransferasa ( EC 2.3.1.50) es una enzima que cataliza la reacción química : [2] [3]

palmitoil-CoA + L -serina CoA + 3-dehidro- D -esfinganina + CO 2

Así, los dos sustratos de esta enzima son palmitoil-CoA y L- serina , mientras que sus tres productos son CoA , 3-deshidro-D-esfinganina y CO2 . [4] [5] Esta reacción es un paso clave en la biosíntesis de esfingosina , que es un precursor de muchos otros esfingolípidos . [3]

Esta enzima participa en el metabolismo de los esfingolípidos. Emplea un cofactor , el fosfato de piridoxal .

Nomenclatura

Esta enzima pertenece a la familia de las transferasas , concretamente aquellas aciltransferasas que transfieren grupos distintos a los grupos aminoacilo. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es palmitoil-CoA:L-serina C -palmitoiltransferasa (descarboxilante). Otros nombres de uso común incluyen:

Estructura

La serina C -palmitoiltransferasa es un miembro de la familia AOS (a-oxoamina sintasa) de enzimas dependientes de PLP, que catalizan la condensación de aminoácidos y sustratos de tioéster de acil-CoA. [6] La enzima humana es un heterodímero que consta de dos subunidades monoméricas conocidas como bases 1 y 2 de cadena larga (LCB1/2) codificadas por genes separados . [1] El sitio activo de LCB2 contiene lisina y otros residuos catalíticos clave que no están presentes en LCB1, que no participa en la catálisis pero que, sin embargo, es necesario para la síntesis y estabilidad de la enzima. [7]

A finales de 2007, se resolvieron dos estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso de PDB 2JG2 y 2JGT. [1]

Residuos clave del sitio activo de la serina C-palmitoiltransferasa que interactúan con el PLP. Generado a partir de 2JG2.

Mecanismo

" La serina C -palmitoiltransferasa dependiente de PLP (piridoxal 5′-fosfato) lleva a cabo el primer paso enzimático de la biosíntesis de esfingolípidos de novo" . La enzima cataliza una condensación tipo Claisen entre L- serina y un sustrato de tioéster de acil-CoA (CoASH) (típicamente palmitoilo C16 ) o un sustrato de tioéster de acil-ACP (proteína portadora de acilo) , para formar 3-cetodihidroesfingosina. Inicialmente, el cofactor PLP se une a la lisina del sitio activo a través de una base de Schiff para formar la holoforma o aldimina interna de la enzima. Luego, el grupo amina de la L-serina ataca y desplaza la lisina unida al PLP, formando el intermedio aldimina externo. Posteriormente, se produce la desprotonación en el Cα de la serina, formando el intermedio quinonoide que ataca al sustrato tioéster entrante. Después de la descarboxilación y el ataque de la lisina, se libera el producto 3-ceto-dihidroesfingosina y se reforma el PLP catalíticamente activo. Esta reacción de condensación forma la base esfingoide o base de cadena larga que se encuentra en todos los esfingolípidos intermedios y esfingolípidos complejos posteriores del organismo. [3]

Isoformas

Existe una variedad de isoformas diferentes de serina C -palmitoiltransferasa en diferentes especies. A diferencia de los eucariotas , donde la enzima es heterodimérica y está unida a una membrana , las enzimas bacterianas son homodímeras y citoplasmáticas . Los estudios de la isoforma de la enzima encontrada en la bacteria Gram negativa Sphingomonas paucimobilis fueron los primeros en dilucidar la estructura de la enzima, revelando que el cofactor PLP se mantiene en su lugar mediante varios residuos del sitio activo , incluidos Lys 265 y His 159 . [8] Específicamente, la isoforma de S. paucimobilis presenta un residuo de arginina en el sitio activo (Arg 378 ) que desempeña un papel clave en la estabilización del resto carboxi del intermedio de aldimina externa PLP-L-serina. Residuos de arginina similares en homólogos de enzimas (Arg 370 , Arg 390 ) desempeñan funciones análogas. [9] Otros homólogos, como en Sphingobacterium multivorum , presentan el resto carboxi unido a residuos de serina y metionina a través de agua en lugar de arginina. [10] Ciertos homólogos de enzimas, como en S. multivorum y Bdellovibrio stolpii , están asociados con la membrana celular interna, asemejándose así a las enzimas eucariotas. [11] El homólogo de B. stolpii también presenta inhibición del sustrato por palmitoil-CoA , una característica compartida por los homólogos de levaduras y mamíferos. [12] [13] [14]

Significación clínica

HSAN1 (neuropatía sensorial y autonómica hereditaria tipo 1) es un trastorno genético causado por mutaciones en uno de los genes SPTLC1 o SPTLC2 , que codifican las dos subunidades heterodiméricas de la enzima serina C-palmitoiltransferasa eucariota. [15] [16] [17] Se ha demostrado que estas mutaciones alteran la especificidad del sitio activo, específicamente al mejorar la capacidad de la enzima para condensar L -alanina con el sustrato palmitoil-CoA. [18] Esto es consistente con niveles elevados de bases desoxiesfingoideas formadas por la condensación de alanina con palmitoil-CoA observadas en pacientes con HSAN1. [19]

Distribución de especies

La serina C -palmitoiltransferasa se expresa en una gran cantidad de especies, desde bacterias hasta humanos. La enzima bacteriana es un homodímero soluble en agua [2], mientras que en los eucariotas la enzima es un heterodímero que está anclado al retículo endoplásmico . [3] Los humanos y otros mamíferos expresan tres subunidades parálogas SPTLC1 , SPTLC2 y SPTLC3. Originalmente se propuso que la enzima humana funcional es un heterodímero entre una subunidad SPTLC1 y una segunda subunidad que es SPTLC2 o SPTLC3. [20] Sin embargo, datos más recientes sugieren que la enzima puede existir como un complejo más grande, posiblemente un octámero, que comprende las tres subunidades. [21]

Referencias

  1. ^ abc Yard BA, Carter LG, Johnson KA, Overton IM, Dorward M, Liu H, McMahon SA, Oke M, Puech D, Barton GJ, Naismith JH, Campopiano DJ (julio de 2007). "La estructura de la serina palmitoiltransferasa; puerta de entrada a la biosíntesis de esfingolípidos". Revista de biología molecular . 370 (5): 870–86. doi :10.1016/j.jmb.2007.04.086. PMID  17559874. S2CID  7140511.
  2. ^ ab Ikushiro H, Hayashi H, Kagamiyama H (abril de 2003). "Serina palmitoiltransferasa bacteriana: un prototipo homodimérico soluble en agua de la enzima eucariota". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteínas y Proteómica . 1647 (1–2): 116–20. doi :10.1016/S1570-9639(03)00074-8. PMID  12686119.
  3. ^ abcd Hanada K (junio de 2003). "Serina palmitoiltransferasa, una enzima clave del metabolismo de los esfingolípidos". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biología molecular y celular de lípidos . 1632 (1–3): 16–30. doi :10.1016/S1388-1981(03)00059-3. PMID  12782147.
  4. ^ Brady RN, Di Mari SJ, Snell EE (enero de 1969). "Biosíntesis de bases de esfingolípidos. 3. Aislamiento y caracterización de intermedios cetónicos en la síntesis de esfingosina y dihidroesfingosina mediante extractos libres de células de Hansenula ciferri". La Revista de Química Biológica . 244 (2): 491–6. doi : 10.1016/S0021-9258(18)94455-8 . PMID  4388074.
  5. ^ Stoffel W, LeKim D, Sticht G (mayo de 1968). "Biosíntesis de dihidroesfingosina in vitro". Zeitschrift für Physiologische Chemie de Hoppe-Seyler . 349 (5): 664–70. doi :10.1515/bchm2.1968.349.1.664. PMID  4386961.
  6. ^ Eliot AC, Kirsch JF (2004). "Enzimas de piridoxal fosfato: consideraciones mecanicistas, estructurales y evolutivas". Revista Anual de Bioquímica . 73 : 383–415. doi : 10.1146/annurev.biochem.73.011303.074021. PMID  15189147.
  7. ^ Han G, Gable K, Yan L, Natarajan M, Krishnamurthy J, Gupta SD, Borovitskaya A, Harmon JM, Dunn TM (diciembre de 2004). "La topología de la subunidad Lcb1p de la serina palmitoiltransferasa de levadura". La Revista de Química Biológica . 279 (51): 53707–16. doi : 10.1074/jbc.M410014200 . PMID  15485854.
  8. ^ Shiraiwa Y, Ikushiro H, Hayashi H (junio de 2009). "Papel multifuncional de His159 en la reacción catalítica de la serina palmitoiltransferasa". La Revista de Química Biológica . 284 (23): 15487–95. doi : 10.1074/jbc.M808916200 . PMC 2786316 . PMID  19346561. 
  9. ^ Lowther J, Charmier G, Raman MC, Ikushiro H, Hayashi H, Campopiano DJ (junio de 2011). "Papel de un residuo de arginina conservado durante la catálisis en la serina palmitoiltransferasa" (PDF) . Cartas FEBS . 585 (12): 1729–34. doi : 10.1016/j.febslet.2011.04.013 . PMID  21514297. S2CID  25828713.
  10. ^ Ikushiro H, Islam MM, Okamoto A, Hoseki J, Murakawa T, Fujii S, Miyahara I, Hayashi H (octubre de 2009). "Conocimientos estructurales sobre el mecanismo enzimático de la serina palmitoiltransferasa de Sphingobacterium multivorum ". Revista de Bioquímica . 146 (4): 549–62. doi :10.1093/jb/mvp100. PMID  19564159.
  11. ^ Ikushiro H, Islam MM, Tojo H, Hayashi H (agosto de 2007). "Caracterización molecular de serina palmitoiltransferasas solubles asociadas a membrana de Sphingobacterium multivorum y Bdellovibrio stolpii". Revista de Bacteriología . 189 (15): 5749–61. doi :10.1128/JB.00194-07. PMC 1951810 . PMID  17557831. 
  12. ^ Gable K, Slife H, Bacikova D, Monaghan E, Dunn TM (marzo de 2000). "Tsc3p es una proteína de 80 aminoácidos asociada con la serina palmitoiltransferasa y necesaria para una actividad enzimática óptima". La Revista de Química Biológica . 275 (11): 7597–603. doi : 10.1074/jbc.275.11.7597 . PMID  10713067.
  13. ^ Hanada K, Hara T, Nishijima M (marzo de 2000). "Purificación del complejo de serina palmitoiltransferasa responsable de la síntesis de bases esfingoideas mediante técnicas de cromatografía de péptidos de afinidad". La Revista de Química Biológica . 275 (12): 8409–15. doi : 10.1074/jbc.275.12.8409 . PMID  10722674.
  14. ^ Lara PN, Moon J, Redman MW, Semrad TJ, Kelly K, Allen JW, Gitlitz BJ, Mack PC, Gandara DR (enero de 2015). "Relevancia del estado de sensibilidad al platino en el cáncer de pulmón de células pequeñas en estadio extenso en recaída / refractario en la era moderna: un análisis a nivel de paciente de los ensayos del grupo de oncología del suroeste". Revista de Oncología Torácica . 10 (1): 110–5. doi :10.1097/JTO.0000000000000385. PMC 4320001 . PMID  25490004. 
  15. ^ Bejaoui K, Wu C, Scheffler MD, Haan G, Ashby P, Wu L, de Jong P, Brown RH (marzo de 2001). "SPTLC1 está mutado en la neuropatía sensorial hereditaria, tipo 1". Genética de la Naturaleza . 27 (3): 261–2. doi :10.1038/85817. PMID  11242106. S2CID  34442339.
  16. ^ Gable K, Han G, Monaghan E, Bacikova D, Natarajan M, Williams R, Dunn TM (marzo de 2002). "Las mutaciones en los genes LCB1 y LCB2 de la levadura, incluidas las correspondientes a las mutaciones de la neuropatía sensorial hereditaria tipo I, inactivan de forma dominante la serina palmitoiltransferasa". La Revista de Química Biológica . 277 (12): 10194–200. doi : 10.1074/jbc.M107873200 . PMID  11781309.
  17. ^ Rotthier A, Auer-Grumbach M, Janssens K, Baets J, Penno A, Almeida-Souza L, Van Hoof K, Jacobs A, De Vriendt E, Schlotter-Weigel B, Löscher W, Vondráček P, Seeman P, De Jonghe P, Van Dijck P, Jordanova A, Hornemann T, Timmerman V (octubre de 2010). "Las mutaciones en la subunidad SPTLC2 de la serina palmitoiltransferasa causan neuropatía sensorial y autonómica hereditaria tipo I". Revista Estadounidense de Genética Humana . 87 (4): 513–22. doi :10.1016/j.ajhg.2010.09.010. PMC 2948807 . PMID  20920666. 
  18. ^ Gable K, Gupta SD, Han G, Niranjanakumari S, Harmon JM, Dunn TM (julio de 2010). "Una mutación patógena en el sitio activo de la serina palmitoiltransferasa provoca promiscuidad catalítica". La Revista de Química Biológica . 285 (30): 22846–52. doi : 10.1074/jbc.M110.122259 . PMC 2906276 . PMID  20504773. 
  19. ^ Penno A, Reilly MM, Houlden H, Laurá M, Rentsch K, Niederkofler V, Stoeckli ET, Nicholson G, Eichler F, Brown RH, von Eckardstein A, Hornemann T (abril de 2010). "La neuropatía sensorial hereditaria tipo 1 está causada por la acumulación de dos esfingolípidos neurotóxicos". La Revista de Química Biológica . 285 (15): 11178–87. doi : 10.1074/jbc.M109.092973 . PMC 2856995 . PMID  20097765. 
  20. ^ Hornemann T, Richard S, Rütti MF, Wei Y, von Eckardstein A (diciembre de 2006). "Clonación y caracterización inicial de una nueva subunidad de serina-palmitoiltransferasa de mamíferos". La Revista de Química Biológica . 281 (49): 37275–81. doi : 10.1074/jbc.M608066200 . PMID  17023427.
  21. ^ Hornemann T, Wei Y, von Eckardstein A (julio de 2007). "¿Es la serina palmitoiltransferasa de los mamíferos un complejo de alta masa molecular?". La revista bioquímica . 405 (1): 157–64. doi :10.1042/BJ20070025. PMC 1925250 . PMID  17331073.