La sintasa de ácido aminolevulínico ( ALA sintasa , ALAS o ácido delta-aminolevulínico sintasa ) es una enzima ( EC 2.3.1.37 ) que cataliza la síntesis de ácido δ-aminolevulínico (ALA), el primer precursor común en la biosíntesis de todos los tetrapirroles como los hemes. , cobalaminas y clorofilas. [1] La reacción es la siguiente:
5-aminolevulinato sintasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 2.3.1.37 | |||||||
No CAS. | 9037-14-3 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
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- succinil-CoA + glicinaácido δ-aminolevulínico + CoA + CO 2
Esta enzima se expresa en todos los eucariotas no vegetales y en la clase α de proteobacterias y la reacción que cataliza a veces se denomina vía Shemin para la formación de ALA. [2] Otros organismos producen ALA a través de una vía de tres enzimas conocida como vía C5. El ALA se sintetiza mediante la condensación de glicina y succinil-CoA . En los seres humanos, la transcripción de la ALA sintasa está estrechamente controlada por la presencia de elementos de unión a Fe 2+ , para evitar la acumulación de intermediarios de porfirina en ausencia de hierro. Hay dos formas de ALA sintasa en el cuerpo. Una forma se expresa en células precursoras de glóbulos rojos ( ALAS2 ), mientras que la otra ( ALAS1 ) se expresa de forma ubicua en todo el cuerpo. La forma de glóbulos rojos está codificada por un gen en el cromosoma x, mientras que la otra forma está codificada por un gen en el cromosoma 3.
La anemia sideroblástica ligada al cromosoma X es causada por mutaciones en el gen de la ALA sintasa en el cromosoma X, mientras que no se conocen enfermedades causadas por mutaciones en el otro gen. Se ha demostrado recientemente que las mutaciones de ganancia de función en el gen de la sintasa de ALA específico de eritroides causan una forma de porfiria previamente desconocida conocida como protoporfiria dominante ligada al cromosoma X.
Estructura y propiedades de la enzima
Las enzimas dependientes de PLP prevalecen porque son necesarias para transformar los aminoácidos en otros recursos. [1] ALAS es un homodímero con subunidades de tamaño similar y los sitios activos que consisten en cadenas laterales de aminoácidos como arginina, treonina y lisina existen en una interfaz de subunidad. [1] La proteína cuando se extrae de R. spheroids contiene 1600 pliegues y pesa alrededor de 80.000 daltons. [3] La actividad enzimática varía según las diferentes fuentes de la enzima. [3]
Mecanismo de reacción
Los sitios activos de ALAS utilizan tres cadenas laterales de aminoácidos clave: Arg-85 y Thr-430 y Lys-313. Aunque estos tres aminoácidos han sido identificados para permitir que prosiga esta reacción, estarían inactivos sin la adición del cofactor piridoxal 5'-fosfato (PLP), cuyo papel en esta síntesis se detalla en la imagen a continuación. Antes de que pueda comenzar la reacción, el cofactor de PLP se une a la cadena lateral de lisina para formar una base de Schiff que promueve el ataque del sustrato de glicina. [4] [5] [6] [7] La lisina actúa como una base general durante este mecanismo. [1] [8] En el mecanismo de reacción detallado, los átomos de hidronio que se agregan provienen de una variedad de residuos que ofrecen enlaces de hidrógeno para facilitar la síntesis de ALA. [1] La ALA sintasa elimina el grupo carboxilo de la glicina y la CoA de la succinil-CoA por medio de su grupo protésico piridoxal fosfato (un derivado de la vitamina b6), formando ácido δ-aminolevulínico (dALA), llamado así porque el grupo amino es en el cuarto átomo de carbono de la molécula. Este mecanismo de reacción es particularmente único en relación con otras enzimas que usan el cofactor PLP porque la glicina es inicialmente desprotonada por una lisina del sitio activo altamente conservada, lo que conduce a la condensación con succinil-CoA y la pérdida de CoA. La protonación del grupo carbonilo del intermedio por una histidina del sitio activo conduce a la pérdida del grupo carboxilo. El último intermedio finalmente se vuelve a protonar para producir ALA. La disociación de ALA de la enzima es el paso limitante de la velocidad de la reacción enzimática y se demostró que depende de un cambio conformacional lento de la enzima. La función del fosfato de piridoxal es facilitar la eliminación de hidrógeno, utilizando el anillo de piridinio electrófilo como sumidero de electrones.
La ubicación de esta enzima en sistemas biológicos es indicativa de la retroalimentación que puede recibir. La ALA sintasa se ha encontrado en bacterias, levaduras, hígado y células sanguíneas de aves y mamíferos y médula ósea. La ubicación de esta enzima en las células animales está dentro de las mitocondrias. [3] Dado que la enzima parece estar ubicada cerca de su fuente de succinil-CoA y el final de la vía del hemo indica que los puntos inicial y final de la biosíntesis del hemo sirven como retroalimentación para la ALA sintasa. [3] La hemina y la glucosa también inhiben la ALA sintasa . [9]
Función biológica
ALAS1 y ALAS2 catalizan el primer paso en el proceso de síntesis de hemo. Es el primer paso irreversible y también limita la velocidad. Esto significa que el comienzo de la formación de hemes es muy intencional y está sujeto a una variedad de áreas de retroalimentación. Por ejemplo, los dos sustratos, oxalacetato y glicina, son altamente producidos y utilizados en otros procesos biológicos esenciales como la glucólisis y el ciclo del TCA. La siguiente imagen ilustra la vía de síntesis del hemo y el papel que juega ALAS.
Relevancia de la enfermedad
La deficiencia de ácido aminolevulínico sintasa da como resultado una falta de capacidad para crear hemo, ya que su función es catalizar el primer paso del proceso. Estas deficiencias a menudo son el resultado de una mutación genética que puede resultar en una variedad de enfermedades. Una de esas enfermedades es la anemia sideroblástica ligada al cromosoma X, que provoca la aparición de glóbulos rojos en la médula ósea. [10] Esta enfermedad está relacionada específicamente con mutaciones en los genes que codifican ALAS2. [10]
Referencias
- ^ a b c d e Hunter, Gregory A .; Ferreira, Gloria C. (noviembre de 2011). "Enzimología molecular de la 5-aminolevulinato sintasa, el guardián de la biosíntesis del hemo" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteínas y proteómica . 1814 (11): 1467–1473. doi : 10.1016 / j.bbapap.2010.12.015 . PMC 3090494 . PMID 21215825 .
- ^ Shemin, David; Rittenberg, D (18 de junio de 1945). "La utilización de glicina para la síntesis de una porfirina". Revista de Química Biológica . 159 : 567–568.
- ^ a b c d Beale, SI (junio de 1978). "Ácido δ-aminolevulínico en plantas: su biosíntesis, regulación y papel en el desarrollo de plastidios". Revisión anual de fisiología vegetal . 29 (1): 95-120. doi : 10.1146 / annurev.pp.29.060178.000523 .
- ^ "ALA sintasa" . flipper e nuvola . Universidad de Turín . Consultado el 10 de marzo de 2016 .
- ^ Shoolingin-Jordan, Peter M .; Al-Daihan, Sooad; Alexeev, Dmitriy; Baxter, Robert L .; Bottomley, Sylvia S .; Kahari, I.Donald; Roy, Ipsita ; Sarwar, Muhammad; Sawyer, Lindsay; Wang, Shu-Fen (abril de 2003). "Sintasa de ácido 5-aminolevulínico: mecanismo, mutaciones y medicina". Biochim Biophys Acta . 1647 (1–2): 361–6. doi : 10.1016 / s1570-9639 (03) 00095-5 . PMID 12686158 .
- ^ CHOI, H (julio de 2004). "Clonación, expresión y caracterización de la sintasa del ácido 5-aminolevulínico de Rhodopseudomonas palustris KUGB306" . Cartas de Microbiología FEMS . 236 (2): 175-181. doi : 10.1016 / j.femsle.2004.05.048 . PMID 15251194 .
- ^ Ferreira, Gloria C .; Neame, Peter J .; Dailey, Harry A. (noviembre de 1993). "Biosíntesis de hemo en sistemas de mamíferos: evidencia de un enlace de base de Schiff entre el cofactor piridoxal 5′-fosfato y un residuo de lisina en 5-aminolevulinato sintasa" . Ciencia de las proteínas . 2 (11): 1959–1965. doi : 10.1002 / pro.5560021117 . PMC 2142290 . PMID 8268805 .
- ^ Hunter, Gregory A .; Ferreira, Gloria C. (marzo de 1999). "Lisina-313 de 5-aminolevulinato sintasa actúa como una base general durante la formación de los intermedios de reacción de quinonoides". Bioquímica . 38 (12): 3711–3718. doi : 10.1021 / bi982390w . PMID 10090759 .
- ^ Doss M, Sixel-Dietrich F, Verspohl F (1985). " " Efecto de la glucosa "y función de limitación de velocidad de la uroporfirinógeno sintasa sobre el metabolismo de la porfirina en cultivo de hepatocitos: relación con las porfirias hepáticas agudas humanas" (PDF) . J Clin Chem Clin Biochem . 23 (9): 505-13. doi : 10.1515 / cclm.1985.23.9.505 . PMID 4067519 .
- ^ a b Ajioka, Richard S .; Phillips, John D .; Kushner, James P. (julio de 2006). "Biosíntesis de hemo en mamíferos" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Investigación de células moleculares . 1763 (7): 723–736. doi : 10.1016 / j.bbamcr.2006.05.005 . PMID 16839620 .
enlaces externos
- NIH
- Abu-Farha M, Niles J, Willmore W (2005). "La proteína 5-aminolevulinato sintasa específica de eritroides se estabiliza por bajo nivel de oxígeno e inhibición proteasomal". Biochem Cell Biol . 83 (5): 620-30. doi : 10.1139 / o05-045 . PMID 16234850 .
- Shemin, D; Rittenberg, D (1945). "La utilización de glicina para la síntesis de una porfirina". J. Biol. Chem . 159 : 567–8.
- ANEMIAS SIDEROBLÁSTICAS -Enfermedad por defecto ALAS-2