La sintasa del ácido aminolevulínico ( ALA sintasa , ALAS o sintasa del ácido delta-aminolevulínico ) es una enzima ( EC 2.3.1.37) que cataliza la síntesis del ácido δ-aminolevulínico (ALA), el primer precursor común en la biosíntesis de todos los tetrapirroles como los hemo, las cobalaminas y las clorofilas. [1] La reacción es la siguiente:
Esta enzima se expresa en todos los eucariotas no vegetales y en la clase α de proteobacterias, y la reacción que cataliza a veces se denomina vía Shemin para la formación de ALA. [2] Otros organismos producen ALA a través de una vía de tres enzimas conocida como vía C5. El ALA se sintetiza mediante la condensación de glicina y succinil-CoA . En los seres humanos, la transcripción de la ALA sintasa está estrechamente controlada por la presencia de elementos de unión a Fe2 + , para evitar la acumulación de intermediarios de porfirina en ausencia de hierro. Hay dos formas de ALA sintasa en el cuerpo. Una forma se expresa en las células precursoras de glóbulos rojos ( ALAS2 ), mientras que la otra ( ALAS1 ) se expresa de forma ubicua en todo el cuerpo. La forma de glóbulo rojo está codificada por un gen en el cromosoma X, mientras que la otra forma está codificada por un gen en el cromosoma 3.
La anemia sideroblástica ligada al cromosoma X es causada por mutaciones en el gen de la ALA sintasa en el cromosoma X, mientras que no se conocen enfermedades causadas por mutaciones en el otro gen. Recientemente se ha demostrado que las mutaciones con ganancia de función en el gen de la ALA sintasa específico de los eritroides causan una forma de porfiria previamente desconocida conocida como protoporfiria dominante ligada al cromosoma X.
Las enzimas dependientes de PLP son frecuentes porque son necesarias para transformar los aminoácidos en otros recursos. [1] ALAS es un homodímero con subunidades de tamaño similar y los sitios activos que consisten en cadenas laterales de aminoácidos como arginina, treonina y lisina existen en una interfaz de subunidad. [1] La proteína cuando se extrae de los esferoides de R. contiene 1600 veces y pesa alrededor de 80 000 daltons. [3] La actividad enzimática varía según las diferentes fuentes de la enzima. [3]
Los sitios activos de ALAS utilizan tres cadenas laterales de aminoácidos clave: Arg-85, Thr-430 y Lys-313. Aunque se ha identificado que estos tres aminoácidos permiten que esta reacción se lleve a cabo, estarían inactivos sin la adición del cofactor piridoxal 5'-fosfato (PLP), cuyo papel en esta síntesis se detalla en la imagen siguiente. Antes de que pueda comenzar la reacción, el cofactor PLP se une a la cadena lateral de lisina para formar una base de Schiff que promueve el ataque del sustrato de glicina. [4] [5] [6] [7] La lisina actúa como una base general durante este mecanismo. [1] [8] En el mecanismo de reacción detallado, los átomos de hidronio que se agregan provienen de una variedad de residuos que ofrecen enlaces de hidrógeno para facilitar la síntesis de ALA. [1] La ALA sintasa elimina el grupo carboxilo de la glicina y el CoA del succinil-CoA por medio de su grupo prostético fosfato de piridoxal (un derivado de la vitamina b6), formando ácido δ-aminolevulínico (dALA), llamado así porque el grupo amino está en el cuarto átomo de carbono de la molécula. Este mecanismo de reacción es particularmente único en relación con otras enzimas que utilizan el cofactor PLP porque la glicina es desprotonada inicialmente por una lisina de sitio activo altamente conservada, lo que lleva a la condensación con succinil-CoA y la pérdida de CoA. La protonación del grupo carbonilo del intermediario por una histidina de sitio activo lleva a la pérdida del grupo carboxilo. El último intermediario es finalmente reprotonado para producir ALA. La disociación del ALA de la enzima es el paso limitante de la velocidad de la reacción enzimática y se demostró que depende de un cambio conformacional lento de la enzima. La función del fosfato de piridoxal es facilitar la eliminación de hidrógeno, utilizando el anillo electrófilo de piridinio como sumidero de electrones.
La ubicación de esta enzima en los sistemas biológicos es indicativa de la retroalimentación que puede recibir. La ALA sintasa se ha encontrado en bacterias, levaduras, hígado y células sanguíneas de aves y mamíferos y médula ósea. La ubicación de esta enzima en las células animales está dentro de las mitocondrias. [3] Dado que la enzima parece estar ubicada cerca de su fuente de succinil-CoA y el final de la vía del hemo, indica que los puntos de inicio y final de la biosíntesis del hemo sirven como retroalimentación para la ALA sintasa. [3] La ALA sintasa también es inhibida por la hemina y la glucosa . [9]
ALAS1 y ALAS2 catalizan el primer paso en el proceso de síntesis del hemo. Es el primer paso irreversible y también es limitante de la velocidad. Esto significa que el comienzo de la formación de hemo es muy intencional y está sujeto a una variedad de áreas de retroalimentación. Por ejemplo, los dos sustratos, oxaloacetato y glicina, son producidos en gran medida y utilizados en otros procesos biológicos esenciales como la glucólisis y el ciclo del ácido tricarboxílico. La imagen a continuación ilustra la vía de síntesis del hemo y el papel que desempeña ALAS.
La deficiencia de la sintetasa del ácido aminolevulínico da como resultado una falta de capacidad para crear hemo, ya que su trabajo es catalizar el primer paso del proceso. Estas deficiencias suelen ser el resultado de una mutación genética que puede provocar una variedad de enfermedades. Una de ellas es la anemia sideroblástica ligada al cromosoma X, que provoca la aparición de glóbulos rojos en la médula ósea. [10] Esta enfermedad está relacionada específicamente con mutaciones en los genes que codifican ALAS2. [10]
