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Citrato sintasa

La citrato sintasa ( EC 2.3.3.1 (anteriormente 4.1.3.7)) es una enzima presente en casi todas las células vivas. Funciona como enzima marcapasos en el primer paso del ciclo del ...

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La citrato sintasa ( EC 2.3.3.1 (anteriormente 4.1.3.7)) es una enzima presente en casi todas las células vivas. Funciona como enzima marcapasos en el primer paso del ciclo del ácido cítrico (o ciclo de Krebs ). [ 5 ] La citrato sintasa se localiza en la matriz mitocondrial de las células eucariotas , pero su gen está codificado por ADN nuclear en lugar de mitocondrial. Se sintetiza mediante ribosomas citoplasmáticos y posteriormente se transporta a la matriz mitocondrial.

La citrato sintasa se utiliza comúnmente como marcador enzimático cuantitativo para la presencia de mitocondrias intactas . La actividad máxima de la citrato sintasa indica el contenido mitocondrial del músculo esquelético. [ 6 ] La actividad máxima puede incrementarse mediante entrenamiento de resistencia o entrenamiento interválico de alta intensidad , [ 6 ] siendo este último el que tiene mayor efecto. [ 7 ]

La citrato sintasa cataliza la reacción de condensación del grupo acetilo de dos carbonos de la acetil coenzima A y una molécula de oxalacetato de cuatro carbonos para formar el citrato de seis carbonos : [ 5 ]

El oxalacetato se regenera tras completar un ciclo de Krebs.

El oxalacetato es el primer sustrato que se une a la enzima. Esto induce un cambio conformacional en la enzima y crea un sitio de unión para el acetil-CoA. Solo cuando se forma el citril-CoA, otro cambio conformacional provoca la hidrólisis del tioéster y la liberación de la coenzima A. Esto garantiza que la energía liberada por la ruptura del enlace tioéster impulse la condensación.

Estructura

El sitio activo de la citrato sintasa (forma abierta)
El sitio activo de la citrato sintasa (forma cerrada)

Los 437 residuos de aminoácidos de la citrato sintasa se organizan en dos subunidades principales, cada una compuesta por 20 hélices alfa. Estas hélices alfa constituyen aproximadamente el 75% de la estructura terciaria de la citrato sintasa , mientras que los residuos restantes forman principalmente extensiones irregulares de la estructura, a excepción de una única lámina beta de 13 residuos. Entre estas dos subunidades, existe una única hendidura que contiene el sitio activo. En ella se encuentran dos sitios de unión: uno reservado para el citrato o el oxalacetato y el otro para la coenzima A. El sitio activo contiene tres residuos clave: His274, His320 y Asp375, que son altamente selectivos en sus interacciones con los sustratos. [ 8 ] Las imágenes adyacentes muestran la estructura terciaria de la citrato sintasa en su forma abierta y cerrada. La enzima cambia de abierta a cerrada con la adición de uno de sus sustratos (como el oxalacetato). [ 9 ]

Función

Mecanismo

La citrato sintasa tiene tres aminoácidos clave en su sitio activo (conocidos como la tríada catalítica ) que catalizan la conversión de acetil-CoA [H 3 CC(=O)−SCoA] y oxalacetato [ − O 2 CCH 2 C(=O)CO 2 − ] en citrato [ − O 2 CCH 2 C(OH)(CO 2 − )CH 2 CO 2 − ] y H−SCoA en una reacción de condensación aldólica . Se dice que el producto citrato es proquiral . [ 10 ] Esta conversión comienza con el átomo de oxígeno de la cadena lateral carboxilato cargada negativamente de Asp-375 desprotonando el átomo de carbono alfa del acetil CoA para formar un anión enolato que a su vez es neutralizado por protonación por His-274 para formar un intermedio enol [H 2 C=C(OH)−SCoA]. En este punto, el par de electrones no enlazantes del nitrógeno épsilon en His-274 formado en el paso anterior abstrae el protón del enol hidroxilo para reformar un anión enolato que inicia un ataque nucleofílico sobre el carbono carbonilo del oxalacetato [ − O 2 CCH 2 C(=O)CO 2 − ] que a su vez desprotona el átomo de nitrógeno épsilon de His-320. Esta adición nucleofílica resulta en la formación de citroil−CoA [ − O 2 CCH 2 CH(CO 2 − )CH 2 C(=O)−SCoA]. En este punto, una molécula de agua es desprotonada por el átomo de nitrógeno épsilon de His-320 y se inicia la hidrólisis . Uno de los pares de electrones no enlazantes del oxígeno ataca nucleofílicamente el carbono carbonilo del citroil−CoA. Esto forma un intermedio tetraédrico y da como resultado la expulsión de −SCoA a medida que se reforma el carbonilo. El −SCoA se protona para formar HSCoA. Finalmente, el hidroxilo añadido al carbonilo en el paso anterior se desprotona y se forma citrato [ − O 2 CCH 2 C(OH)(CO 2 − )CH 2 CO 2 − ]. [ 11 ]

Mecanismo de la citrato sintasa (incluidos los residuos implicados)

Inhibición

La enzima se inhibe por altas proporciones de ATP : ADP y NADH : NAD , ya que las altas concentraciones de ATP y NADH muestran que el suministro de energía para la célula es elevado. También se inhibe por succinil-CoA y propionil-CoA, que se asemeja al acetil-CoA y actúa como un inhibidor competitivo del acetil-CoA y un inhibidor no competitivo del oxalacetato. [ 12 ] El citrato inhibe la reacción y es un ejemplo de inhibición por producto. La inhibición de la citrato sintasa por análogos del acetil-CoA también ha sido bien documentada y se ha utilizado para demostrar la existencia de un único sitio activo. Estos experimentos han revelado que este único sitio alterna entre dos formas, que participan en la actividad ligasa e hidrolasa respectivamente. [ 9 ] Esta proteína puede utilizar el modelo de morfeína de regulación alostérica . [ 13 ]

Referencias

  1. 1 2 3 GRCh38: Versión 89 de Ensembl: ENSG00000062485 – Ensembl , mayo de 2017
  2. 1 2 3 GRCm38: Versión 89 de Ensembl: ENSMUSG00000005683 – Ensembl , mayo de 2017
  3. ↑ "Referencia humana de PubMed:" . Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  4. ↑ "Referencia de PubMed sobre el ratón:" . Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE . UU .
  5. 1 2 Wiegand G, Remington SJ (1986). "Citrato sintasa: estructura, control y mecanismo". Annual Review of Biophysics and Biophysical Chemistry . 15 : 97–117 . doi : 10.1146/annurev.bb.15.060186.000525 . PMID 3013232 . 
  6. 1 2 Gillen JB, Martin BJ, MacInnis MJ, Skelly LE, Tarnopolsky MA, Gibala MJ (2016). "Doce semanas de entrenamiento de intervalos de sprint mejoran los índices de salud cardiometabólica de forma similar al entrenamiento de resistencia tradicional a pesar de un volumen de ejercicio y un compromiso de tiempo cinco veces menores" . PLOS One . 11 (4) e0154075. Bibcode : 2016PLoSO..1154075G . doi : 10.1371/journal.pone.0154075 . PMC 4846072. PMID 27115137 .  
  7. ↑ MacInnis MJ, Zacharewicz E, Martin BJ, Haikalis ME, Skelly LE, Tarnopolsky MA, Murphy RM, Gibala MJ (2017). "Adaptaciones mitocondriales superiores en el músculo esquelético humano después de un ciclo de una sola pierna a intervalos comparado con un ciclo continuo igualado para el trabajo total" . The Journal of Physiology . 595 (9): 2955– 2968. doi : 10.1113/JP272570 . PMC 5407978. PMID 27396440 .  
  8. ↑ Goodsell DS (1 de septiembre de 2007). "Citrato sintasa". Molécula del mes . Banco de datos de proteínas RCSB. doi : 10.2210/rcsb_pdb/mom_2007_9 .; PDB : 1CSC , 5CSC , 5CTS
  9. 1 2 Bayer E, Bauer B, Eggerer H (noviembre de 1981). "Evidencia de estudios con inhibidores sobre cambios conformacionales de la citrato sintasa". European Journal of Biochemistry . 120 (1): 155– 60. doi : 10.1111/j.1432-1033.1981.tb05683.x . PMID 7308213 . 
  10. ↑ Hölsch K, Weuster-Botz D (agosto de 2010). "Reducción enantioselectiva de cetonas proquirales mediante proteínas de fusión bifuncionales modificadas". Biotechnology and Applied Biochemistry . 56 (4): 131– 140. doi : 10.1042/BA20100143 . PMID 20590527. S2CID 9150611 .  
  11. ↑ Cox DL, Nelson MM (2005). Principios de bioquímica de Lehninger (4.ª ed.). Nueva York: WH Freeman. págs. 608-609 . ISBN   978-0-7167-4339-2.
  12. ↑ Smith CM, Williamson JR (octubre de 1971). "Inhibición de la citrato sintasa por succinil-CoA y otros metabolitos" . FEBS Letters . 18 (1): 35–38 . Bibcode : 1971FEBSL..18...35S . doi : 10.1016/0014-5793(71)80400-3 . PMID 11946076. S2CID 43002983 .  
  13. ↑ Selwood T, Jaffe EK (marzo de 2012). " Homo -oligómeros disociativos dinámicos y el control de la función proteica" . Archives of Biochemistry and Biophysics . 519 (2): 131– 43. doi : 10.1016/j.abb.2011.11.020 . PMC 3298769. PMID 22182754 .  
  • Citrato+sintasa en los Encabezamientos de Materia Médica (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
  • PDBe-KB proporciona una descripción general de toda la información estructural disponible en el PDB para la citrato sintasa mitocondrial humana.
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