La succinil coenzima A sintetasa ( SCS , también conocida como succinil-CoA sintetasa o succinato tioquinasa o succinato-CoA ligasa ) es una enzima que cataliza la reacción reversible de succinil-CoA a succinato . [3] La enzima facilita el acoplamiento de esta reacción a la formación de una molécula de nucleósido trifosfato (ya sea GTP o ATP ) a partir de una molécula de fosfato inorgánico y una molécula de nucleósido difosfato (ya sea GDP o ADP ). Desempeña un papel clave como uno de los catalizadores involucrados en el ciclo del ácido cítrico , una vía central en el metabolismo celular , y se encuentra dentro de la matriz mitocondrial de una célula. [4]
La succinil CoA sintetasa cataliza la siguiente reacción reversible :
donde Pi denota fosfato inorgánico, NDP denota nucleótido difosfato (ya sea GDP o ADP), y NTP denota nucleótido trifosfato (ya sea GTP o ATP). Como se mencionó, la enzima facilita el acoplamiento de la conversión de succinil CoA a succinato con la formación de NTP a partir de NDP y Pi. La reacción tiene un cambio de energía libre del estado estándar bioquímico de -3,4 kJ/mol. [4] La reacción se lleva a cabo mediante un mecanismo de tres pasos [3] que se representa en la imagen siguiente. El primer paso implica el desplazamiento de CoA desde succinil CoA por una molécula de fosfato inorgánico nucleófilo para formar fosfato de succinilo. Luego, la enzima utiliza un residuo de histidina para eliminar el grupo fosfato del fosfato de succinilo y generar succinato. Finalmente, la histidina fosforilada transfiere el grupo fosfato a un nucleósido difosfato, que genera el nucleósido trifosfato portador de alta energía.
Las SCS bacterianas y de mamíferos están formadas por subunidades α y β. [5] En E. coli, dos heterodímeros αβ se unen para formar una estructura heterotetramérica α2β2 . Sin embargo , las SCS mitocondriales de mamíferos son activas como dímeros αβ y no forman un heterotetrámero. [6] El heterotetrámero SCS de E. coli se ha cristalizado y caracterizado con gran detalle. [6] [7] Como se puede ver en la Imagen 2, las dos subunidades α (rosa y verde) residen en lados opuestos de la estructura y las dos subunidades β (amarilla y azul) interactúan en la región media de la proteína. Las dos subunidades α solo interactúan con una única unidad β, mientras que las unidades β interactúan con una única unidad α (para formar el dímero αβ) y la subunidad β del otro dímero αβ. [6] Una cadena corta de aminoácidos une las dos subunidades β, lo que da lugar a la estructura tetramérica.
Joyce et al. determinaron la estructura cristalina de la subunidad alfa de la succinil-CoA sintetasa (isoforma de unión a la succinil-CoA) con una resolución de 2,10 A, con el código PDB 1CQJ. [1]. [8]
Las estructuras cristalinas del SCS de E. coli proporcionan evidencia de que la coenzima A se une dentro de cada subunidad α (dentro de un pliegue de Rossmann ) en estrecha proximidad a un residuo de histidina (His246α). [7] Este residuo de histidina se fosforila durante el paso de formación de succinato en el mecanismo de reacción. La ubicación exacta de unión del succinato no está bien definida. [9] La formación del nucleótido trifosfato ocurre en un dominio de agarre de ATP , que se encuentra cerca del extremo N de cada subunidad β. Sin embargo, este dominio de agarre se encuentra a unos 35 Å del residuo de histidina fosforilado. [8] Esto lleva a los investigadores a creer que la enzima debe sufrir un cambio importante en la conformación para llevar la histidina al dominio de agarre y facilitar la formación del nucleósido trifosfato. Los experimentos de mutagénesis han determinado que dos residuos de glutamato (uno cerca de la histidina catalítica, Glu208α y uno cerca del dominio de agarre de ATP, Glu197β) juegan un papel en la fosforilación y desfosforilación de la histidina, pero el mecanismo exacto por el cual la enzima cambia de conformación no se entiende completamente. [9]
Johnson et al. describen dos isoformas de la succinil-CoA sintetasa en amniotas , una que especifica la síntesis de ATP y otra que sintetiza GTP. [10]
En los amniotas, la enzima es un heterodímero de una subunidad α y una β. La especificidad para los fosfatos de adenosina o guanosina está definida por la subunidad β, [10] que está codificada por 2 genes. SUCLG2 es específico de GTP y SUCLA2 es específico de ATP, mientras que SUCLG1 codifica la subunidad α común. Las variantes β se producen en diferentes cantidades en diferentes tejidos, [10] lo que provoca requisitos de sustratos de GTP o ATP .
Los tejidos que más consumen, como el corazón y el cerebro, tienen una forma más específica de succinil-CoA sintetasa (ATPSCS) de ATP, mientras que los tejidos sintéticos, como el riñón y el hígado, tienen la forma más específica de GTP (GTPSCS). [11] El análisis cinético de la ATPSCS del músculo pectoral de las palomas y la GTPSCS del hígado de las palomas mostró que sus constantes de Michaelis aparentes eran similares para la CoA, pero diferentes para los nucleótidos, el fosfato y el succinato. La mayor diferencia fue para el succinato: K m app de la ATPSCS = 5 mM frente a la de la GTPSCS = 0,5 mM. [10]
La SCS es la única enzima del ciclo del ácido cítrico que cataliza una reacción en la que se forma un nucleótido trifosfato (GTP o ATP) por fosforilación a nivel de sustrato . [4] Los estudios de investigación han demostrado que las SCS de E. coli pueden catalizar la formación de GTP o ATP. [7] Sin embargo, los mamíferos poseen diferentes tipos de SCS que son específicos para GTP (G-SCS) o ATP (A-SCS) y son nativos de diferentes tipos de tejido dentro del organismo. Un estudio interesante con células de paloma mostró que las SCS específicas de GTP se encontraban en las células del hígado de la paloma, y las SCS específicas de ATP se encontraban en las células del músculo de la pechuga de la paloma. [12] Investigaciones posteriores revelaron un fenómeno similar de SCS específicas de GTP y ATP en tejido de rata, ratón y humano. Parece que el tejido típicamente involucrado en el metabolismo anabólico (como el hígado y los riñones) expresa G-SCS, mientras que el tejido involucrado en el metabolismo catabólico (como el cerebro, el corazón y el tejido muscular) expresa A-SCS. [11]
El SCS facilita el flujo de moléculas hacia otras vías metabólicas al controlar la interconversión entre succinil CoA y succinato. [13] Esto es importante porque el succinil CoA es un intermediario necesario para la biosíntesis de porfirina , hemo , [14] y cuerpos cetónicos . [15]
En algunas bacterias, la enzima está regulada a nivel transcripcional. [16] Se ha demostrado que el gen de la SCS (sucCD) se transcribe junto con el gen de la α-cetoglutarato deshidrogenasa (sucAB) bajo el control de un promotor llamado sdhC, que forma parte del operón de la succinato deshidrogenasa . Este operón se regula positivamente en presencia de oxígeno y responde a una variedad de fuentes de carbono. Los fármacos antibacterianos que previenen la fosforilación de la histidina, como la molécula LY26650, son potentes inhibidores de las SCS bacterianas. [17]
Las mediciones (realizadas utilizando un SCS de soja) indican una temperatura óptima de 37 °C y un pH óptimo de 7,0-8,0. [18]
Acidosis láctica infantil mortal: Se ha implicado a la SCS defectuosa como causa de la acidosis láctica infantil mortal , que es una enfermedad en los bebés que se caracteriza por la acumulación de niveles tóxicos de ácido láctico. La afección (cuando es más grave) provoca la muerte generalmente dentro de los 2 a 4 días posteriores al nacimiento. [19] Se ha determinado que los pacientes con la afección muestran una deleción de dos pares de bases dentro del gen conocido como SUCLG1 que codifica la subunidad α de la SCS. [19] Como resultado, la SCS funcional está ausente en el metabolismo, lo que causa un desequilibrio importante en el flujo entre la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico. Dado que las células no tienen un ciclo de ácido cítrico funcional, se produce acidosis porque las células se ven obligadas a elegir la producción de ácido láctico como el medio principal de producir ATP.
