ASL ( argininosuccinato liasa , también conocida como argininosuccinase ) es una enzima que cataliza la descomposición reversible del argininosuccinato (ASA) produciendo el aminoácido arginina y fumarato de ácido dicarboxílico . Ubicada en el citosol hepático, la ASL es la cuarta enzima del ciclo de la urea y participa en la biosíntesis de la arginina en todas las especies y en la producción de urea en las especies ureotélicas . [2] Las mutaciones en ASL, que resultan en una baja actividad de la enzima, aumentan los niveles de urea en el cuerpo y dan como resultado varios efectos secundarios.
Argininosuccinato liasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 4.3.2.1 | |||||||
No CAS. | 9027-34-3 | |||||||
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 | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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Argininosuccinato liasa | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | ASL | |||||
Gen NCBI | 435 | |||||
HGNC | 746 | |||||
OMIM | 608310 | |||||
RefSeq | NM_000048 | |||||
UniProt | P04424 | |||||
Otros datos | ||||||
Número CE | 4.3.2.1 | |||||
Lugar | Chr. 7 pter-q22 | |||||
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El gen ASL se encuentra en el cromosoma 7 entre el centrómero (unión del brazo largo y corto) y el brazo largo (q) en la posición 11.2, desde el par de bases 64,984,963 al par de bases 65,002,090.
El ASL está relacionado con la complementación intragénica . [3] [4] [5]
Estructura
ASL se compone de cuatro monómeros idénticos; cada monómero consta de una sola cadena polipeptídica entre 49 y 52 kDa, [6] entre 196 y 208 kDa para la enzima tetramérica completa. Cada monómero tiene tres regiones muy conservadas alejadas entre sí, pero estas regiones se agrupan en el tetrámero para formar cuatro sitios activos. Por lo tanto, cada homotetrámero de ASL tiene cuatro sitios activos para catalizar la descomposición del argininosuccinato.
Cada monómero del homotetrámero de ASL está compuesto por tres dominios estructurales; los tres son principalmente alfa helicoidales. Los dominios 1 y 3 son similares en estructura ya que ambos consisten en motivos hélice-vuelta-hélice. El dominio 1 del monómero contiene el extremo amino. El dominio 2 contiene una pequeña hoja beta, nueve hélices alfa y el término carboxilo. Tres de las nueve hélices alfa de un monómero participan principalmente en interacciones hidrófobas con otro monómero para formar un dímero. Luego, dos dímeros se asocian por medio de una hélice alfa, uno de cada monómero, para formar un núcleo central de 20 hélices. La asociación de los cuatro monómeros permite la actividad catalítica en cada posible sitio activo. [4]
Complementación intragénica
Múltiples copias de un polipéptido codificado por un gen a menudo pueden formar un agregado denominado multímero. Cuando un multímero se forma a partir de polipéptidos producidos por dos alelos mutantes diferentes de un gen particular, el multímero mixto puede exhibir una mayor actividad funcional que los multímeros sin mezclar formados por cada uno de los mutantes solo. Cuando un multímero mixto muestra una mayor funcionalidad en relación con los multímeros no mezclados, el fenómeno se denomina complementación intragénica . En los seres humanos, la ASL es una proteína multimérica (tetrámero). Un trastorno de ASL en humanos puede surgir de mutaciones en el gen de ASL, en particular mutaciones que afectan el sitio activo de la proteína multimérica mutante. El trastorno de ASL se asocia con una considerable heterogeneidad clínica y genética que se considera que refleja la extensa complementación intragénica que se produce entre pacientes individuales. [3] [4] [5]
Mecanismo
La escisión de la enzima del argininosuccinato, para formar fumarato y arginina, se produce a través de una reacción de eliminación de E1cb. La base inicia la reacción desprotonando el carbono adyacente a la arginina o grupo saliente. Estudios mutagénicos recientes de homólogos de ASL han demostrado que la Histidina 162 o Treonina 161 de ASL es responsable de la abstracción de protones de Cβ, ya sea directa o indirectamente a través de una molécula de agua. [6] Se cree que la lisina 289 estabiliza el intermedio carbanión cargado negativamente. Aunque no existe consenso sobre el ácido catalítico que dona el protón al grupo funcional imina del producto de arginina, algunos estudios de mutagénesis muestran que la serina 283 puede estar involucrada. [6]
Papel en el ciclo de la urea
El amoníaco (NH 3 ) es una sustancia tóxica para muchos organismos aeróbicos y debe excretarse. Algunos organismos acuáticos liberan la toxina directamente en su entorno, mientras que otras especies ureotélicas deben convertir sus desechos de nitrógeno tóxico en componentes no tóxicos, como ácido úrico o urea, a través de una serie de pasos catalizados mejor conocidos como ciclo de la urea. ASL cataliza el cuarto paso del ciclo, siguiendo la acción de la argininosuccinato sintetasa (ASS) en el citosol del hígado. Mientras que ASS cataliza la formación de argininosuccinato a partir de citrulina y aspartato, ASL rompe el argininosuccinato recién formado en L-arginina y fumarato. La L-arginina continúa a través del ciclo de la urea para formar urea y ornitina, mientras que el fumarato puede ingresar al ciclo del ácido cítrico. [7]
δ-cristalina
ASL, δ- cristalina , fumarasa de clase II, aspartasa, adenilosuccinasa liasa y enzima lactonizante 3-carboxi-cis y cis-muconato son todos miembros de la misma superfamilia homotetramérica de enzimas, en la que la mayoría cataliza el mismo tipo de reacciones de eliminación donde un El enlace de CO o CN se rompe y se libera fumarato como producto. δ-cristalinas son las principales proteínas solubles en agua del cristalino del ojo estructural de la mayoría de las aves, reptiles y algunos otros vertebrados. [4]
Dentro de la superfamilia, la ASL está más estrechamente relacionada con la δ-cristalina en la secuencia de aminoácidos y en la estructura del pliegue de la proteína. Hay dos isoformas de δ-cristalina, δI y δII. Estas dos isoformas conservan el 69% y el 71% de la secuencia de aminoácidos de ASL, respectivamente, pero solo la isoforma δII conserva la misma actividad enzimática que ASL. Las similitudes han llevado a las investigaciones a creer que estas cristalinas han evolucionado desde el reclutamiento hasta la lente de enzimas metabólicas preexistentes, como la ASL, mediante un proceso llamado "intercambio de genes". El mismo producto génico funciona como cristalino del cristalino y como enzima en otros tejidos no oculares. Los estudios comparativos de las δ-cristalinas han sido beneficiosos para comprender el mecanismo enzimático de la reacción de ASL. [8]
Mutaciones y deficiencias de ASL: aciduria argininosuccínica
Las mutaciones en el gen ASL humano causan aciduria argininosuccínica, un trastorno autosómico recesivo poco común, y resulta en deficiencias del ciclo de la urea. La argininosuccinato liasa es una enzima intermedia en la vía de síntesis de la urea y su función es imprescindible para la continuación del ciclo. Una enzima que no funciona da como resultado la acumulación de amoníaco, argininosuccinato y citrulina en la sangre, y el argininosuccinato se excreta en la orina. [9] Otros síntomas resultantes incluyen letargo, vómitos, hipotermia, hiperventilación, hepatomegalia y encefalopatía progresiva en pacientes lactantes, y crecimiento anormal del cabello, fibrosis hepática, vómitos episódicos, retraso en el crecimiento y desarrollo, [9] en pacientes que experimentan el trastorno más tarde en la niñez. .
ASL es una enzima clave en la conversión de amoníaco en urea a través del ciclo de la urea. El amoníaco se acumula a niveles tóxicos, lo que resulta en hiperamonemia. [10] El amoníaco es tóxico en parte porque afecta el sistema nervioso. Existe evidencia bioquímica que muestra que los aumentos de amoníaco pueden inhibir la glutaminasa y, por lo tanto, limitar la tasa de síntesis de neurotransmisores como el glutamato, [11] lo que puede explicar el retraso en el desarrollo en pacientes con aciduria argininosuccínica.
Una mutación en pacientes con aciduria argininosuccínica ocurre cuando la glutamina 286 se muta a arginina. La enzima tiene ahora una arginina cargada positivamente en lugar de una glutamina cargada neutra y los estudios sugieren que este cambio puede obstaculizar estérica y / o electrostáticamente un cambio conformacional necesario para la catálisis.
Referencias
- ^ PDB : 1TJW ; Sampaleanu LM, Codding PW, Lobsanov YD, Tsai M, Smith GD, Horvatin C, Howell PL (diciembre de 2004). "Los estudios estructurales de mutantes de cristalina delta2 de pato proporcionan información sobre el papel de Thr161 y el bucle 280 en la catálisis" . Biochem. J . 384 (Parte 2): 437–47. doi : 10.1042 / BJ20040656 . PMC 1134128 . PMID 15320872 .
- ^ a b PDB : 1K62 ; Sampaleanu LM, Vallée F, Thompson GD, Howell PL (diciembre de 2001). "Estructura tridimensional de la argininosuccinato liasa que complementa frecuentemente el alelo Q286R". Bioquímica . 40 (51): 15570–80. doi : 10.1021 / bi011525m . PMID 11747432 .
- ^ a b Turner MA, Simpson A, McInnes RR, Howell PL (agosto de 1997). "Argininosuccinato liasa humana: una base estructural para la complementación intragénica" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 94 (17): 9063–8. doi : 10.1073 / pnas.94.17.9063 . PMC 23030 . PMID 9256435 .
- ^ a b c d Yu B, Howell PL (octubre de 2000). "Complementación intragénica y estructura y función de la argininosuccinato liasa". Célula. Mol. Life Sci . 57 (11): 1637–51. doi : 10.1007 / PL00000646 . PMID 11092456 . S2CID 1254964 .
- ^ a b Yu B, Thompson GD, Yip P, Howell PL, Davidson AR (diciembre de 2001). "Mecanismos de complementación intragénica en el locus de liasa argininosuccinato humano". Bioquímica . 40 (51): 15581–90. doi : 10.1021 / bi011526e . PMID 11747433 .
- ^ a b c Sampaleanu LM, Yu B, Howell PL (febrero de 2002). "El análisis mutacional de la cristalina delta 2 de pato y la estructura de un mutante inactivo con sustrato unido proporcionan información sobre el mecanismo enzimático de la argininosuccinato liasa" . J. Biol. Chem . 277 (6): 4166–75. doi : 10.1074 / jbc.M107465200 . PMID 11698398 .
- ^ Pratt, Charlotte Amerley; Voet, Donald; Voet, Judith G. (2008). "Figura 20.8". Fundamentos de la bioquímica: vida a nivel molecular . Nueva York: Wiley. ISBN 978-0-470-12930-2.
- ^ Chakraborty AR, Davidson A, Howell PL (febrero de 1999). "Análisis mutacional de residuos de aminoácidos implicados en la actividad argininosuccinato liasa en cristalina delta II de pato". Bioquímica . 38 (8): 2435–43. doi : 10.1021 / bi982150g . PMID 10029537 .
- ^ a b Ficicioglu C, Mandell R, Shih VE (noviembre de 2009). "Deficiencia de argininosuccinato liasa: resultado a largo plazo de 13 pacientes detectados por cribado neonatal" . Mol. Gineta. Metab . 98 (3): 273–7. doi : 10.1016 / j.ymgme.2009.06.011 . PMC 2773214 . PMID 19635676 .
- ^ "Argininosuccinato liasa del gen ASL" . NIH . Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. 2007.
- ^ Jack, JJB (1982). "Acciones del amoniaco sobre el sistema nervioso central". Revista de enfermedades metabólicas hereditarias . 5 (S2): 104. doi : 10.1007 / BF01805572 . S2CID 33915515 .
enlaces externos
- Entrada de GeneReviews / NCBI / NIH / UW sobre la descripción general de los trastornos del ciclo de la urea
- Entrada de GeneReviews / NCBI / NIH / UW sobre la deficiencia de argininosuccinato liasa
- Entradas OMIM sobre la deficiencia de argininosuccinato liasa
- GeneCard