Succinil coencima A sintetase

Succinato-CoA ligase (formadora de GDP)
succinil-CoA sintetase específica do GTP de porco con GTP. PDB PDBe 2fp4 [1]
Identificadores
Número EC 6.2.1.4
Número CAS 9014-36-2
Bases de datos
IntEnz vista de IntEnz
BRENDA entrada de BRENDA
ExPASy vista de NiceZyme
KEGG entrada de KEGG
MetaCyc vía metabólica
PRIAM perfil
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gene Ontology AmiGO / EGO
Succinato-CoA ligase (formadora de ADP)
Succinil-COA sintetase de Escherichia coli. PDB PDBe 2scu [2]
Identificadores
Número EC 6.2.1.5
Número CAS 9080-33-5
Bases de datos
IntEnz vista de IntEnz
BRENDA entrada de BRENDA
ExPASy vista de NiceZyme
KEGG entrada de KEGG
MetaCyc vía metabólica
PRIAM perfil
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gene Ontology AmiGO / EGO

A succinil coencima A sintetase (SCS), tamén chamada succinil-CoA sintetase ou succinato tioquinase ou succinato-CoA ligase, é un encima que cataliza a reacción reversible que converte o succinil-CoA en succinato, que forma parte do ciclo do ácido cítrico ou de Krebs.[3] O encima facilita o acoplamento desta reacción coa formación dunha molécula de nucleósido trifosfato (que pode ser GTP ou ATP) a partir dunha molécula de fosfato inorgánico e outra de nucleósido difosfato (GDP ou ADP). Está localizado na matriz das mitocondrias.[4]

Reacción e mecanismo

[editar | editar a fonte]

A succinil-CoA sintetase cataliza a seguinte reacción reversible:

Succinil-CoA + Pi + NDP ⇌ Succinato + CoA + NTP

onde Pi significa fosfato inorgánico, NDP é un nucleósido difosfato (GDP ou ADP), e NTP é un nucleósido trifosfato (GTP ou ATP). O encima facilita o acoplamento da conversión do succinil-CoA a succinato con formación de NTP a partir de NDP e Pi, o que se considera unha fosforilación a nivel de substrato. A reacción ten un cambio de enerxía libre no estado bioquímico estándar de -3.4 kJ/mol.[4] A reacción ten lugar por un mecanismo de reacción en tres pasos[3] mostrado na imaxe de máis abaixo. O primeiro paso implica a separación do coencima A (CoA) do succinil-CoA por unha molécula de fosfato inorgánico nucleofílica para formar succinil fosfato. O encima despois utiliza un residuo de histidina para quitar o grupo fosfato do succinil fosfato e xerar succinato. Finalmente, a histidina fosforilada transfire o grupo fosfato a un nucleósido difosfato, o cal xera o nucleósido trifosfato enerxético.

Mecanismo da reacción catalizada pola succinil-CoA sintetase.

Estrutura

[editar | editar a fonte]

Subunidades

[editar | editar a fonte]

A succinil-CoA sintetase de bacterias e mamíferos está constituída polas subunidades α e β, que se asocian formando dímeros ou tetrámeros segundo a especie.[5] En Escherichia coli únense dous heterodímeros αβ para formar o heterotetrámero α2β2. Polo contrario, nas mitocondrias de mamíferos o encima activo é un dímero αβ e non forma o heterotetrámero.[6] O heterotetrámeto deste encima en Escherichia coli foi cristalizado e caracterizado con grande detalle.[6][7] Como se ve na imaxe 2, as dúas subunidades α (rosa e verde) sitúanse en lados opostos da estrutura e as dúas subunidades β (amarela e azul) interaccionan na rexión media da proteína. As dúas subunidades α só interaccionan cunha soa subunidade β, mentres que as subunidades β interaccionan cunha das subunidades α (formando o dímero αβ) e coa subunidade β do outro dímero αβ.[6] Unha curta cadea de aminoácidos une as dúas subunidades β, o que dá lugar á estrutura tetramérica.

Imaxe 2: O heterotetrámero da succinil-CoA sintetase de E. coli; subunidades α: rosa e verde, β: amarelo e azul. As subunidades en rosa e amarelo forman un dos dímeros e as en verde e azul forman o outro. PDB ID: 1CQG.

A estrutura cristalina da subunidade α (isoforma que se une ao succinil-CoA) determinouse a unha resolución de 2,10 Å, e pode verse en PDB código 1CQJ. [1].[8]

Residuos catalíticos

[editar | editar a fonte]

As estruturas cristalinas da succinil-CoA sintetase de E. coli proporcionan evidencias de que o coencima A se une a cada unha das subunidades α (nun pregamento Rossman) en estreita proximidade a un residuo de histidina (His246α).[7] Este residuo de histidina é fosforilado durante o paso de formación do succinato no mecanismo de reacción. A localización exacta da zona de unión do succinato non está ben definida.[9] A formación do nucleósido trifosfato ten lugar nun dominio que atrapa o ATP, que está localizado preto do extremo N-terminal de cada subunidade β. Porén, este dominio está localizado a uns 35 Å do residuo de histidina fosforilado.[8] Isto fixo pensar aos investigadores que o encima debe sufrir un cambio conformacional importante para facer que a histidina e dito dominio se acheguen e facilitar a formación do nucleósido trifosfato. Os experimentos de mutaxénese determinaron que dous residuos de glutamato (un preto da histidina catalítica, o residuo Glu208α, e outro preto do dominio que atrapa o ATP, o Glu197β) xogan un importante papel na fosforilación e desfosforilación da histidina, mais o mecanismo exacto polo cal o encima cambia de conformación non se comprende completamente.[9]

Isoformas

[editar | editar a fonte]

Johnson et al. describiu dúas isoformas da succinil-CoA sintetase nos mamíferos, unha que é específica para os nucleótidos de adenina, e outra para os de guanosina.[10] A reacción é reversible, polo que poden formar ATP ou GTP (como ocorre normalmente nas células) ou ADP e GDP (na reacción en sentido inverso; por iso as isoformas se chaman "formadoras de ADP" ou "de GDP").

A forma específica do GTP é a que tradicionalmente[11] se consideraba que interviña normalmente no ciclo do ácido cítrico, pero a expresión da subunidade específica do ATP comprobouse que é forte en moitos tecidos humanos e de rato, o que suxire que a succinil-CoA sintetase específica do ATP ten un papel importante en moitas especies animais,[10] e suxírese que ambas as dúas poderían intervir no ciclo do ácido cítrico, seguramente cunha especialización por tecidos.[11]

Función biolóxica

[editar | editar a fonte]

Ciclo do ácido cítrico. O encima é fundamental para que funcione o ciclo do ácido cítrico, xa que ten que transformar o succinil-CoA en succinato, o cal continúa as reaccións do ciclo.

Xeración de nucleósidos trifosfato: A succinil-CoA sintetase é o único encima do ciclo do ácido cítrico que cataliza unha reacción na cal se forma un nucleósido trifosfato (GTP ou ATP) por medio dunha fosforilación a nivel de substrato.[4] Atopouse que en E. coli o encima pode catalizar tanto a formación de GTP coma a de ATP.[7] Porén, os mamíferos posúen distintos tipos de succinil-CoA sintetase (SCS) que son específicos para o GTP (G-SCS) ou o ATP (A-SCS) e son nativos de diferentes tecidos do organismo. Un interesante estudo que utilizou tecidos de pomba mostrou que o encima específico de GTP estaba localizado principalmente no fígado da pomba, e o específico de ATP no músculo da peituga.[12] Outros estudos atoparon fenómenos similares en ratas, ratos e humanos. Parece que os tecidos tipicamente implicados no metabolismo anabólico (como o fígado e os riles) expresan a G-SCS, mentres que os dedicados ao metabolismo catabólico (como o cerebro, corazón, e músculo) expresan a A-SCS.[11]

Formación de intermediatos metabólicos: Este encima facilita o fluxo metabólico de moléculas cara a outras vías metabólicas ao controlar a interconversión entre o succinil-CoA e o succinato.[13] Isto é importante porque o succinil-CoA é un intermediato necesario para a biosíntese de porfirina, hemo,[14] e corpos cetónicos.[15]

Regulación e actividade

[editar | editar a fonte]

Regulación e inhibición: En E. coli o encima é regulado a nivel transcricional.[16] Demostrouse que o xene para a succinil-CoA sintetase (sucCD de E. coli) é transcrito xunto co xene da α-cetoglutarato deshidroxenase (sucAB) baixo o control dun promotor chamado sdhC, o cal forma parte do operón da succinato deshidroxenase. Este operón é regulado á alza pola presenza de oxíxeno e responde a diversas fontes de carbono. As drogas antibacterianas que impiden a fosforilación da histidina, como o composto LY26650, son potentes inhibidores da succinil-CoA sintetase bacteriana.[17]

Actividade óptima: As medidas tomadas utilizando succinil-CoA sintetase de soia indican que a súa temperatura óptima de funcionamento é de 37 °C e o seu pH óptimo é 7,0-8,0.[18]

Papel en enfermidades

[editar | editar a fonte]

Acidose Láctica Infantil Fatal: Considérase que unha succinil-CoA sintetase defectuosa é a causa da Acidose Láctica Infantil Fatal, que é unha enfermidade que afecta aos meniños, que está caracterizada pola acumulación de niveis tóxicos de ácido láctico. A condición nos casos máis graves pode orixinar a morte xeralmente de 2 a 4 días despois do nacemento.[19] Determinouse que os pacientes con esta condición presentan unha deleción de dous pares de bases no xene SUCLG1 que codifica a subunidade α do encima.[19] Como resultado, nas células non hai unha succinato-CoA sintetase funcional, o que causa un importante desequilibrio no fluxo entre a glicólise e o ciclo do ácido cítrico. Como as células nesas condicións carecen dun ciclo do ácido cítrico funcional, orixínase acidose porque as células se ven forzadas a utilizar a fermentación láctica como fonte primaria para producir ATP.

Notas

[editar | editar a fonte]
  1. ↑ Fraser, M. E.; Hayakawa, K.; Hume, M. S.; Ryan, D. G.; Brownie, E. R. (2006). "Interactions of GTP with the ATP-grasp Domain of GTP-specific Succinyl-CoA Synthetase". Journal of Biological Chemistry 281 (16): 11058–11065. doi:10.1074/jbc.M511785200. PMID 16481318.
  2. ↑ Fraser, M. E.; James, M. N. G.; Bridger, W. A.; Wolodko, W. T. (1999). "A detailed structural description of Escherichia coli succinyl-CoA synthetase1". Journal of Molecular Biology 285 (4): 1633–1653. doi:10.1006/jmbi.1998.2324. PMID 9917402.
  3. ↑ 3,0 3,1 Voet, Donald J. (2011). Biochemistry / Donald J. Voet ; Judith G. Voet. New York, NY: Wiley, J. ISBN 978-0-470-57095-1. 
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Berg, Jeremy M. (Jeremy M.); Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert.; Stryer, Lubert. Biochemistry. (2002). Biochemistr. New York: W.H. Freeman. pp. 475–477. ISBN 0-7167-3051-0. 
  5. ↑ Nishimura, JS. (1986). "Succinyl-CoA synthetase structure-function relationships and other considerations.". Adv Enzymol Relat Areas Mol Biol 58: 141–72. PMID 3521216. 
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 Wolodko, WT.; Kay, CM.; Bridger, WA. (1986). "Active enzyme sedimentation, sedimentation velocity, and sedimentation equilibrium studies of succinyl-CoA synthetases of porcine heart and Escherichia coli.". Biochemistry 25 (19): 5420–5. PMID 3535876. doi:10.1021/bi00367a012. 
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 Fraser, ME.; James, MN.; Bridger, WA.; Wolodko, J. (1999). "A detailed structural description of escherichia coli succinly-CoA synthetase". J Mol Biol 288 (3): 501. PMID 10329157. doi:10.1006/jmbi.1999.2773. 
  8. ↑ 8,0 8,1 Joyce, MA.; Fraser, ME.; James, MN.; Bridger, WA.; Wolodko, WT. (2000). "ADP-binding site of Escherichia coli succinyl-CoA synthetase revealed by x-ray crystallography.". Biochemistry 39 (1): 17–25. PMID 10625475. doi:10.1021/bi991696f. 
  9. ↑ 9,0 9,1 Fraser, ME.; Joyce, MA.; Ryan, DG.; Wolodko, WT. (2002). "Two glutamate residues, Glu 208 alpha and Glu 197 beta, are crucial for phosphorylation and dephosphorylation of the active-site histidine residue in succinyl-CoA synthetase.". Biochemistry 41 (2): 537–46. PMID 11781092. doi:10.1021/bi011518y. 
  10. ↑ 10,0 10,1 Johnson JD, Mehus JG, Tews K, Milavetz BI, Lambeth DO (1998). "Genetic evidence for the expression of ATP- and GTP-specific succinyl-CoA synthetases in multicellular eucaryotes". J Biol Chem 273 (42): 27580–6. PMID 9765291. doi:10.1074/jbc.273.42.27580. Arquivado dende o orixinal o 06 de abril de 2008. Consultado o 22 de decembro de 2013. 
  11. ↑ 11,0 11,1 11,2 Lambeth, DO.; Tews, KN.; Adkins, S.; Frohlich, D.; Milavetz, BI. (2004). "Expression of two succinyl-CoA synthetases with different nucleotide specificities in mammalian tissues.". J Biol Chem 279 (35): 36621–4. PMID 15234968. doi:10.1074/jbc.M406884200. 
  12. ↑ Johnson, JD.; Muhonen, WW.; Lambeth, DO. (1998). "Characterization of the ATP- and GTP-specific succinyl-CoA synthetases in pigeon. The enzymes incorporate the same alpha-subunit.". J Biol Chem 273 (42): 27573–9. PMID 9765290. doi:10.1074/jbc.273.42.27573. 
  13. ↑ Labbe, RF.; Kurumada, T.; Onisawa, J. (1965). "The role of succinyl-CoA synthetase in the control of heme biosynthesis.". Biochim Biophys Acta 111 (2): 403–15. PMID 5879477. 
  14. ↑ Ottaway, JH.; McClellan, JA.; Saunderson, CL. (1981). "Succinic thiokinase and metabolic control.". Int J Biochem 13 (4): 401–10. PMID 6263728. 
  15. ↑ Jenkins, TM.; Weitzman, PD. (1986). "Distinct physiological roles of animal succinate thiokinases. Association of guanine nucleotide-linked succinate thiokinase with ketone body utilization.". FEBS Lett 205 (2): 215–8. PMID 2943604. doi:10.1016/0014-5793(86)80900-0. 
  16. ↑ Park, SJ.; Chao, G.; Gunsalus, RP. (1997). "Aerobic regulation of the sucABCD genes of Escherichia coli, which encode alpha-ketoglutarate dehydrogenase and succinyl coenzyme A synthetase: roles of ArcA, Fnr, and the upstream sdhCDAB promoter.". J Bacteriol 179 (13): 4138–42. PMC 179232. PMID 9209026. 
  17. ↑ Hunger-Glaser, I.; Brun, R.; Linder, M.; Seebeck, T. (1999). "Inhibition of succinyl CoA synthetase histidine-phosphorylation in Trypanosoma brucei by an inhibitor of bacterial two-component systems.". Mol Biochem Parasitol 100 (1): 53–9. PMID 10376993. 
  18. ↑ Wider de Xifra, EA.; del C Batlle, AM. (1978). "Porphyrin biosynthesis: immobilized enzymes and ligands. VI. Studies on succinyl CoA synthetase from cultured soya bean cells.". Biochim Biophys Acta 523 (1): 245–9. PMID 564714. 
  19. ↑ 19,0 19,1 Ostergaard, E.; Christensen, E.; Kristensen, E.; Mogensen, B.; Duno, M.; Shoubridge, EA.; Wibrand, F. (2007). "Deficiency of the alpha subunit of succinate-coenzyme A ligase causes fatal infantile lactic acidosis with mitochondrial DNA depletion.". Am J Hum Genet 81 (2): 383–7. PMC 1950792. PMID 17668387. doi:10.1086/519222. 

Véxase tamén

[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas

[editar | editar a fonte]