El sistema de escisión de glicina ( GCS ) también se conoce como complejo de glicina descarboxilasa o GDC . El sistema es una serie de enzimas que se activan en respuesta a altas concentraciones del aminoácido glicina . [1] El mismo conjunto de enzimas a veces se denomina glicina sintasa cuando funciona en dirección inversa para formar glicina. [2] El sistema de escisión de glicina está compuesto por cuatro proteínas: la proteína T, la proteína P, la proteína L y la proteína H. No forman un complejo estable, [3] por lo que es más apropiado llamarlo un "sistema" en lugar de un "complejo". La proteína H es responsable de interactuar con las otras tres proteínas y actúa como una lanzadera para algunos de los productos intermedios en la descarboxilación de glicina. [2] Tanto en animales como en plantas, el sistema de escisión de glicina está unido de forma flexible a la membrana interna de las mitocondrias. Las mutaciones en este sistema enzimático están relacionadas con la encefalopatía por glicina . [2]
En plantas, animales y bacterias, el sistema de escisión de glicina cataliza la siguiente reacción reversible:
En la reacción enzimática, la proteína H activa la proteína P, que cataliza la descarboxilación de la glicina y une la molécula intermedia a la proteína H para ser transportada a la proteína T. [4] [5] La proteína H forma un complejo con la proteína T que utiliza tetrahidrofolato y produce amoníaco y 5,10-metilentetrahidrofolato . Después de la interacción con la proteína T, la proteína H queda con dos grupos tiol completamente reducidos en el grupo lipoato . [6] El sistema de proteína glicina se regenera cuando la proteína H se oxida para regenerar el enlace disulfuro en el sitio activo por interacción con la proteína L, que reduce NAD + a NADH y H + .
Cuando se acopla a la serina hidroximetiltransferasa , la reacción general del sistema de escisión de glicina se convierte en:
En los seres humanos y la mayoría de los vertebrados, el sistema de escisión de la glicina forma parte de la vía de catabolismo de la glicina y la serina más importante. Esto se debe en gran parte a la formación de 5,10-metilentetrahidrofolato , que es uno de los pocos donantes de C 1 en la biosíntesis. [2] En este caso, el grupo metilo derivado del catabolismo de la glicina puede transferirse a otras moléculas clave como las purinas y la metionina .
Esta reacción, y por extensión el sistema de escisión de la glicina, es necesaria para la fotorrespiración en las plantas C 3 . El sistema de escisión de la glicina toma la glicina, que se crea a partir de un subproducto no deseado del ciclo de Calvin , y la convierte en serina que puede reingresar al ciclo. El amoníaco generado por el sistema de escisión de la glicina, es asimilado por el ciclo de la glutamina sintetasa - glutamina oxoglutarato aminotransferasa pero le cuesta a la célula un ATP y un NADPH . La ventaja es que se produce un CO 2 por cada dos O 2 que son absorbidos por error por la célula, generando algún valor en un ciclo que de otro modo agotaría la energía. Juntas, las proteínas involucradas en estas reacciones comprenden aproximadamente la mitad de las proteínas en las mitocondrias de las hojas de espinaca y guisante . [3] El sistema de escisión de la glicina está constantemente presente en las hojas de las plantas, pero en pequeñas cantidades hasta que se exponen a la luz. Durante el pico de la fotosíntesis, la concentración del sistema de escisión de glicina aumenta diez veces. [7]
En la bacteria anaeróbica Clostridium acidiurici , el sistema de escisión de la glicina funciona principalmente en la dirección de la síntesis de glicina. Si bien la síntesis de glicina a través del sistema de escisión es posible debido a la reversibilidad de la reacción general, no se observa fácilmente en animales. [8] [9]
La encefalopatía por glicina , también conocida como hiperglicinemia no cetósica (NKH), es un trastorno primario del sistema de escisión de la glicina, que resulta de la disminución de la función del sistema de escisión de la glicina que causa mayores niveles de glicina en los fluidos corporales. La enfermedad se relacionó clínicamente por primera vez con el sistema de escisión de la glicina en 1969. [10] Los primeros estudios mostraron altos niveles de glicina en sangre, orina y líquido cefalorraquídeo. La investigación inicial que utilizó el marcaje de carbono mostró niveles disminuidos de CO 2 y producción de serina en el hígado, lo que apunta directamente a deficiencias en la reacción de escisión de la glicina. [11] Investigaciones posteriores han demostrado que las deleciones y mutaciones en la región 5' de la proteína P son las principales causas genéticas de la hiperglicinemia no cetósica. [12] En casos más raros, también se encontró que una mutación sin sentido en el código genético de la proteína T, que causaba que la histidina en la posición 42 se transformara en arginina , causaba hiperglucemia no cetósica. Esta mutación específica afectó directamente al sitio activo de la proteína T, causando una menor eficiencia del sistema de escisión de la glicina. [13]