'La estructura homotetramérica de ASL en Thermotoga maritima
Dominio 1 está en rojo , el Dominio 2 está en azul , el Dominio 3 está en amarillo . Esta estructura se inspiró en un artículo de Toth y Yeates [5]
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CE no.
4.3.2.2
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9027-81-0
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La adenilosuccinato liasa convierte el adenilosuccinato en AMP y fumarato como parte del ciclo de nucleótidos de purina . ASL cataliza dos reacciones en la vía biosintética de purina que produce AMP; ASL escinde el adenilosuccinato en AMP y fumarato , y escinde SAICAR en AICAR y fumarato.
La adenilosuccinato liasa es parte de la superfamilia de enzimas de eliminación β y procede a través de un mecanismo de reacción E1cb . La enzima es un homotetrámero con tres dominios en cada monómero y cuatro sitios activos por homotetrámero.
Las mutaciones puntuales en el adenilosuccinato que provocan una disminución de la actividad enzimática provocan síntomas clínicos que marcan la condición de deficiencia de adenilosuccinato liasa .
Esta proteína puede utilizar el morpheein modelo de regulación alostérica . [7]
Función
Este diagrama de flujo muestra los pasos en la biosíntesis de AMP Los pasos en verde muestran los pasos catalizados por ASL Los pasos en rojo muestran la desfosforilación de los sustratos de ASL
La adenilosuccinato liasa (ASL) es una enzima que cataliza dos reacciones en la vía biosintética de novo de purina . En ambas reacciones, utiliza un mecanismo de reacción de eliminación E1cb para escindir el fumarato del sustrato. En la primera reacción, ASL convierte 5-aminoimidazol- (N-succinilocarboxamida) ribotida (SAICAR) en 5-aminoimidazol-4-carboxamida ribotida (AICAR) y fumarato. AICAR pasa por tres reacciones más antes de convertirse en adenilosuccinato (también llamado monofosfato de succiniladenosina o SAMP), que ASL luego se divide en monofosfato de adenosina (AMP) y fumarato. [8] El ASL es importante para las células no solo por su participación en la creación de purinas necesarias para la replicación celular , sino también porque ayuda a regular los procesos metabólicos al controlar los niveles de AMP y fumarato en la célula. [9]
ASL escinde SAICAR en AICAR y fumarato, y adenilosuccinato en AMP y fumarato. Esta figura se inspiró en una de un artículo de Toth y Yeates. [5]
Estructura
Subunidades
La adenilosuccinato liasa pertenece a la superfamilia de eliminación β y, como tal, su estructura es un homotetrámero. El monómero de adenilosuccinato liasa tiene tres dominios. En Thermotoga maritima , el dominio 1 contiene 7 α-hélices en los residuos 1-93, incluida la His68, que está muy conservada y se pensaba anteriormente que era el ácido catalítico en el sitio activo . [5] Estudios más recientes han postulado que His171 en el dominio 2, que antes se pensaba que era una base catalítica , de hecho puede estar actuando como ácido catalítico, al menos en Escherichia coli . [9] El dominio 2 está formado por los residuos 94-341 y contiene 5 hélices α y la única hoja β del monómero . El dominio 3 está formado por 7 hélices α. El núcleo del tetrámero está formado por las cuatro copias del dominio 2, y hay dos copias de cada uno de los dominios 1 y 3 en cada extremo del tetrámero, lo que da la simetría diédrica del tetrámero D2 . El tetrámero tiene cuatro sitios activos, cada uno donde se encuentran tres dominios. [5]
La adenilosuccinato liasa en humanos y Bacillus subtilis pueden inhibirse competitivamente por el análogo del sustrato ácido adenosina fosfonobutírico 2 '(3'), 5'-difosfato (APBADP). APBADP es un inhibidor competitivo para ambas reacciones catalizadas por la adenilosuccinato liasa, y los estudios cinéticos con APBADP muestran que los sustratos para ambas reacciones usan el mismo sitio activo. [10] En la reacción catalizada por ASL que divide el adenilosuccinato en monofosfato de adenosina (AMP) y fumarato, el AMP debe rotar ligeramente después de que se completa la reacción y antes de que se libere el fumarato para que ambos productos quepan en el sitio activo. [11]
Mutaciones
Los mutantes de adenilosuccinato liasa pueden tener una actividad considerablemente reducida, ya sea que la mutación esté dentro o fuera del sitio activo. Los mutantes R396C y R396H de ASL que causan enfermedades están en la entrada del sitio activo y tienen una V max más baja que la ASL de tipo salvaje, pero los mutantes K246E y L311V que están lejos del sitio activo también causan una V max disminuida . El mutante R194C de ASL está lejos del sitio activo, y aunque mantiene un V max similar al ASL de tipo salvaje, se demostró que es el menos conformacionalmente estable de los cinco mutantes in vitro y aún causa enfermedad. [12]
Mecanismo
Anteriormente se pensaba que el mecanismo de acción de la adenilosuccinato liasa era una catálisis concertada en la que el hidrógeno del carbono β (con respecto al nitrógeno saliente) era extraído por la base catalítica al mismo tiempo que el nitrógeno saliente era protonado por la base catalítica. ácido catalítico para la eliminación de E2. [5] Los datos más recientes entran en conflicto con esta idea y han confirmado que el mecanismo no está de hecho concertado, pero que la abstracción ocurre primero y hay una especie de carbanión intermedia que está estabilizada por resonancia. Para ambas reacciones catalizadas por ASL, primero se produce la desprotonación del carbono β al nitrógeno saliente, luego se produce la formación y estabilización por resonancia del carbanión y, por último, la protonación del nitrógeno saliente que hace que se rompa el enlace CN. [9] La confirmación experimental de la desprotonación, la formación de carbaniones y el paso limitante de la protonación que causa la escisión significa que este es un mecanismo E1cb. Los datos más recientes sugieren que el ácido catalítico es His171, que anteriormente se pensaba que era la base catalítica, y que de forma algo inusual es una serina en la posición 295 que actúa como base catalítica. La escisión del adenilosuccinato en AMP y fumarato es un mecanismo uni-bi ordenado, lo que significa que después de la escisión, el fumarato abandona el sitio activo antes que el AMP. [13]
Mecanismo de acción de ASL. Primero, el ácido desprotona el carbono β, luego se forma un carbanión y se estabiliza por resonancia, finalmente el nitrógeno acepta un protón y se escinde el enlace CN. Esta figura se inspiró en un artículo de Tsai et al. [9] NOTA: la estructura de fumarato en esta figura es incorrecta. Debe haber un doble enlace, en configuración trans, entre los átomos de carbono 2 y 3.
Papel en la enfermedad
La adenilosuccinato liasa mutada (ASL) causa una enfermedad clínica en pacientes que se conoce como deficiencia de adenilosuccinato liasa . Esta condición es rara y se presenta con diversos grados de retraso psicomotor , autismo , atrofia muscular y epilepsia . [14] [15] Se desconoce la causa exacta de la enfermedad, pero las posibilidades incluyen síntesis insuficiente de nucleótidos de purina para la replicación celular , mal funcionamiento del ciclo de nucleótidos de purina y acumulación de sustratos a niveles tóxicos. Se han identificado varias mutaciones puntuales vinculadas a la enfermedad, y aquellos que son heterocigotos para una mutación puntual están sanos, pero aquellos que son homocigotos desarrollan la enfermedad clínica. [16] El número de genotipos que causan enfermedades sigue aumentando a medida que se descubren más mutaciones, y ahora se han identificado treinta mutaciones puntuales diferentes, y una deleción, que causan deficiencia de adenilosuccinato liasa. [17]
Cuando los sustratos de ASL (adenilosuccinato y SAICAR) se acumulan debido a una deficiencia enzimática, se desfosforilan y se convierten en succiniladenosina (S-Ado) y succinilaminoimidazol carboximida ribósido (SAICA ribósido). [18] Normalmente, estos compuestos no están presentes en el líquido cefalorraquídeo ni en la orina porque el ASL actúa sobre la mayoría de las moléculas del sustrato antes de que puedan acumularse y fosforilarse. [15] En el pasado no había una buena prueba para la deficiencia de adenilosuccinato liasa, lo que dificultaba el diagnóstico de la enfermedad rara, pero recientemente se desarrolló una prueba para detectar SAICA y S-Ado en la orina. La prueba es económica y no tuvo falsos positivos ni falsos negativos en la pequeña muestra de los investigadores. [19]
Se cree que el ribósido SAICA puede ser el compuesto más tóxico, ya que se encuentra en niveles más altos en pacientes con síntomas clínicos graves, y algunos investigadores piensan que S-Ado puede incluso ser protector. Es necesario realizar más investigaciones sobre lo que determina la gravedad de la enfermedad, pero la inestabilidad del ASL humano en el laboratorio ha sido un obstáculo para esta investigación. [17]
Aplicaciones Terapéuticas
A medida que aumenta la resistencia a los antipalúdicos, los investigadores buscan nuevas estrategias para atacar los parásitos Plasmodium que causan la malaria , especialmente el P. falciparum, que es más letal . Algunos investigadores sugirieron que se considere al ASL como un posible objetivo farmacológico porque, aunque la interrupción de la vía de biosíntesis de novo de purina es tóxica para el huésped, Plasmodium ASL tiene un bajo nivel de homología de secuencia con el ASL humano que puede producir cualquier fármaco anti- Plasmodium ASL lo suficientemente específico como para no dañar a los huéspedes humanos. [20]
Referencias
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enlaces externos
Adenilosuccinato + liasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
Ubicación del genoma humano ADSL y página de detalles del gen ADSL en UCSC Genome Browser .
Ubicación del genoma de ASL humano y página de detalles del gen de ASL en UCSC Genome Browser .