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 en succinato con la formación de NTP a partir de NDP y Pi. La reacción tiene un cambio de energía libre en el estado estándar bioquímico de -3,4 kJ/mol. [4] La reacción tiene lugar mediante un mecanismo de tres pasos [3] que se muestra en la imagen siguiente. El primer paso implica el desplazamiento de CoA de la succinil CoA por una molécula de fosfato inorgánico nucleófilo para formar succinil fosfato. Luego, la enzima utiliza un residuo de histidina para eliminar el grupo fosfato del succinil fosfato 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 de bacterias y mamíferos están formadas por subunidades α y β . [5] En E. coli dos heterodímeros αβ se unen para formar una estructura heterotetramérica α 2 β 2 . Sin embargo, las SCS mitocondriales de mamíferos son activas como dímeros αβ y no forman un heterotetrámero. [6] El heterotetrámero SCS de E. coli ha sido 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 sola 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 succinil-CoA). a una resolución de 2,10 A, con 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 ) muy cerca de 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 se produce 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 fosforilada. [8] Esto lleva a los investigadores a creer que la enzima debe sufrir un cambio importante en su 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 otro cerca del dominio de agarre de ATP, Glu197β) desempeñan un papel en la fosforilación y desfosforilación de la histidina, pero no se conoce el mecanismo exacto por el cual la enzima cambia de conformación. entendido completamente. [9]
Johnson y cols. describen dos isoformas de 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 β. La especificidad por 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] provocando necesidades de sustrato de GTP o ATP .
Los tejidos que consumen principalmente, como el corazón y el cerebro, tienen más succinil-CoA sintetasa específica de ATP (ATPSCS), mientras que los tejidos sintéticos, como los riñones y el hígado, tienen la forma más específica de GTP (GTPSCS). [11] El análisis cinético de ATPSCS del músculo pectoral de palomas y GTPSCS de hígado de paloma mostró que sus constantes de Michaelis aparentes eran similares para CoA, pero diferentes para los nucleótidos, fosfato y succinato. La mayor diferencia fue para el succinato: Km app de ATPSCS = 5 mM frente a GTPSCS = 0,5 mM. [10]
SCS es la única enzima en el ciclo del ácido cítrico que cataliza una reacción en la que se forma un nucleótido trifosfato (GTP o ATP) mediante 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 de GTP (G-SCS) o ATP (A-SCS) y son nativos de diferentes tipos de tejido dentro del organismo. Un estudio interesante que utilizó células de paloma mostró que las SCS específicas de GTP se ubicaban en las células del hígado de paloma y las SCS específicas de ATP se ubicaban en las células del músculo del pecho de la paloma. [12] Investigaciones adicionales revelaron un fenómeno similar de SCS específicos 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]
SCS facilita el flujo de moléculas hacia otras vías metabólicas al controlar la interconversión entre succinil CoA y succinato. [13] Esto es importante porque la 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 SCS (sucCD) se transcribe junto con el gen de α-cetoglutarato deshidrogenasa (sucAB) bajo el control de un promotor llamado sdhC, que forma parte del operón succinato deshidrogenasa . Este operón está regulado positivamente por la presencia de oxígeno y responde a una variedad de fuentes de carbono. Los fármacos antibacterianos que previenen la fosforilación de 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: la SCS defectuosa se ha implicado como causa de 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 entre 2 y 4 días después del nacimiento. [19] Se ha determinado que los pacientes con esta afección muestran una deleción de dos pares de bases dentro del gen conocido como SUCLG1 que codifica la subunidad α de SCS. [19] Como resultado, el SCS funcional está ausente en el metabolismo, lo que provoca un desequilibrio importante en el flujo entre la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico. Dado que las células no tienen un ciclo funcional del ácido cítrico, la acidosis se produce porque las células se ven obligadas a elegir la producción de ácido láctico como medio principal para producir ATP.
