La glucosa-6-fosfato deshidrogenasa ( G6PD o G6PDH ) ( EC 1.1.1.49 ) es una enzima citosólica que cataliza la reacción química.
Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, dominio de unión a NAD | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | G6PD_N | |||||||
Pfam | PF00479 | |||||||
Clan pfam | CL0063 | |||||||
InterPro | IPR022674 | |||||||
PROSITE | PDOC00067 | |||||||
SCOP2 | 1dpg / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.1.1.49 | |||||||
No CAS. | 9001-40-5 | |||||||
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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- D-glucosa 6-fosfato + NADP + + H2O ⇌ 6-fosfo-D-glucono-1,5-lactona + NADPH + H +
Esta enzima participa en la vía de la pentosa fosfato (ver imagen), una vía metabólica que suministra energía reductora a las células (como los eritrocitos ) al mantener el nivel de la coenzima nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADPH). El NADPH, a su vez, mantiene el nivel de glutatión en estas células que ayuda a proteger los glóbulos rojos contra el daño oxidativo de compuestos como el peróxido de hidrógeno. [1] De mayor importancia cuantitativa es la producción de NADPH para los tejidos involucrados en la biosíntesis de ácidos grasos o isoprenoides, como el hígado, las glándulas mamarias, el tejido adiposo y las glándulas suprarrenales. G6PD reduce NADP + a NADPH mientras oxida glucosa-6-fosfato . [2]
Clínicamente, una deficiencia genética ligada al cromosoma X de G6PD hace que un ser humano sea propenso a la anemia hemolítica no inmune . [3]
Distribución de especies
G6PD se distribuye ampliamente en muchas especies, desde bacterias hasta humanos . El alineamiento de múltiples secuencias de más de 100 G6PD conocidas de diferentes organismos revela una identidad de secuencia que varía del 30% al 94%. [4] La G6PD humana tiene más del 30% de identidad en la secuencia de aminoácidos con las secuencias de G6PD de otras especies. [5] Los seres humanos también tienen dos isoformas de un solo gen que codifica G6PD. [6] Además, se han documentado 150 mutantes diferentes de G6PD humana. [4] Estas mutaciones son principalmente mutaciones sin sentido que resultan en sustituciones de aminoácidos, [7] y mientras algunas de ellas resultan en deficiencia de G6PD, otras no parecen resultar en diferencias funcionales notables. [7] Algunos científicos han propuesto que parte de la variación genética en la G6PD humana resultó de generaciones de adaptación a la infección por malaria. [8]
Otras especies también experimentan una variación en G6PD. En plantas superiores, se han informado varias isoformas de G6PDH, que se localizan en el citosol , el estroma plastídico y los peroxisomas . [9] Una G6PD modificada dependiente de F 420 (a diferencia de la dependiente de NADP + ) se encuentra en Mycobacterium tuberculosis y es de interés para el tratamiento de la tuberculosis . [10] Se demostró que la G6PD bacteriana que se encuentra en Leuconostoc mesenteroides es reactiva al 4-hidroxinonenal , además de a la G6P. [11]
Estructura enzimática
La G6PD se encuentra generalmente como un dímero de dos monómeros idénticos (vea la miniatura principal). [7] Dependiendo de las condiciones, como el pH , estos dímeros pueden dimerizarse ellos mismos para formar tetrámeros. [5] Cada monómero del complejo tiene un sitio de unión de sustrato que se une a G6P y un sitio de unión de coenzima catalítica que se une a NADP + / NADPH utilizando el pliegue de Rossman . [4] Para algunos organismos superiores, como los humanos, G6PD contiene un sitio de unión adicional de NADP + , llamado sitio estructural de NADP + , que no parece participar directamente en la reacción catalizada por G6PD. Se desconoce el propósito evolutivo del sitio estructural NADP + . [4] En cuanto al tamaño, cada monómero tiene aproximadamente 500 aminoácidos de longitud (514 aminoácidos para los humanos [5] ).
La conservación funcional y estructural entre G6PD humana y Leuconostoc mesenteroides G6PD apunta a 3 regiones ampliamente conservadas en la enzima: un péptido de 9 residuos en el sitio de unión del sustrato, RIDHYLGKE (residuos 198-206 en G6PD humana), una huella dactilar de unión a nucleótidos, GxxGDLA ( residuos 38-44 en G6PD humana), y una secuencia EKPxG parcialmente conservada cerca del sitio de unión del sustrato (residuos 170-174 en G6PD humana), donde hemos utilizado "x" para indicar un aminoácido variable. [4] La estructura cristalina de G6PD revela una extensa red de interacciones electrostáticas y enlaces de hidrógeno que involucran a G6P, 3 moléculas de agua, 3 lisinas , 1 arginina , 2 histidinas , 2 ácidos glutámicos y otros aminoácidos polares.
Se cree que la prolina en la posición 172 juega un papel crucial en el posicionamiento correcto de Lys171 con respecto al sustrato, G6P. En las dos estructuras cristalinas de G6P humana normal, Pro172 se ve exclusivamente en la confirmación cis, mientras que en la estructura cristalina de un mutante causante de enfermedad (variante Canton R459L), Pro172 se ve casi exclusivamente en la confirmación trans. [4]
Con acceso a estructuras cristalinas, algunos científicos han intentado modelar las estructuras de otros mutantes. Por ejemplo, en la ascendencia alemana, donde la enzimopatía debida a la deficiencia de G6PD es rara, se ha demostrado que los sitios de mutación en G6PD se encuentran cerca del sitio de unión de NADP + , el sitio de unión de G6P y cerca de la interfaz entre los dos monómeros. Por lo tanto, las mutaciones en estas áreas críticas son posibles sin alterar completamente la función de G6PD. [7] De hecho, se ha demostrado que la mayoría de las mutaciones de G6PD que causan enfermedades ocurren cerca del sitio estructural de NADP + . [12]
Sitio estructural NADP +
El sitio estructural de NADP + se encuentra a más de 20 Å del sitio de unión del sustrato y del sitio de unión de la coenzima catalítica NADP + . Su propósito en la reacción catalizada por enzimas no ha sido claro durante muchos años. Durante algún tiempo, se pensó que la unión de NADP + al sitio estructural era necesaria para la dimerización de los monómeros enzimáticos. Sin embargo, se demostró que esto era incorrecto. [12] Por otro lado, se demostró que la presencia de NADP + en el sitio estructural promueve la dimerización de los dímeros para formar tetrámeros de enzimas. [12] También se pensó que el estado tetrámero era necesario para la actividad catalítica; sin embargo, esto también demostró ser falso. [12] El sitio estructural de NADP + es bastante diferente del sitio de unión de coenzimas catalíticas de NADP + y contiene la huella dactilar de unión de nucleótidos.
El sitio estructural unido a NADP + posee interacciones favorables que lo mantienen fuertemente unido. En particular, existe una fuerte red de enlaces de hidrógeno con cargas electrostáticas que se difunden a través de múltiples átomos a través de enlaces de hidrógeno con 4 moléculas de agua (ver figura). Además, existe un conjunto extremadamente fuerte de interacciones de apilamiento hidrófobo que dan como resultado sistemas π superpuestos.
Se ha demostrado que el sitio estructural es importante para mantener la estabilidad a largo plazo de la enzima. [12] Más de 40 mutaciones severas de clase I involucran mutaciones cerca del sitio estructural, lo que afecta la estabilidad a largo plazo de estas enzimas en el cuerpo, lo que finalmente resulta en una deficiencia de G6PD. [12] Por ejemplo, dos mutaciones graves de clase I, G488S y G488V, aumentan drásticamente la constante de disociación entre NADP + y el sitio estructural en un factor de 7 a 13. Con la proximidad del residuo 488 a Arg487, se cree que un la mutación en la posición 488 podría afectar el posicionamiento de Arg487 en relación con NADP + , [12] y, por tanto, interrumpir la unión.
Regulación
G6PD convierte G6P en 6-fosfoglucono-δ-lactona y es la enzima que limita la velocidad de la vía de las pentosas fosfato . Por tanto, la regulación de G6PD tiene consecuencias posteriores para la actividad del resto de la vía de las pentosas fosfato .
La glucosa-6-fosfato deshidrogenasa es estimulada por su sustrato G6P. La proporción habitual de NADPH / NADP + en el citosol de los tejidos que participan en la biosíntesis es de aproximadamente 100/1. Una mayor utilización de NADPH para la biosíntesis de ácidos grasos aumentará drásticamente el nivel de NADP + , estimulando así a G6PD para que produzca más NADPH. La levadura G6PD es inhibida por ácidos grasos de cadena larga según dos publicaciones anteriores [13] [14] y podría ser un producto de inhibición en la síntesis de ácidos grasos que requiere NADPH.
G6PD está regulada negativamente por acetilación en lisina 403 (Lys403), un residuo conservado evolutivamente. La G6PD acetilada K403 es incapaz de formar dímeros activos y muestra una pérdida completa de actividad. Mecánicamente, la acetilación de Lys304 impide estéricamente que el NADP + entre en el sitio estructural del NADP + , lo que reduce la estabilidad de la enzima. Las células detectan estímulos oxidativos extracelulares para disminuir la acetilación de G6PD de una manera dependiente de SIRT2 . La desacetilación y activación de G6PD mediada por SIRT2 estimula la vía de las pentosas fosfato para suministrar NADPH citosólico para contrarrestar el daño oxidativo y proteger los eritrocitos de ratón . [15]
La regulación también puede ocurrir a través de vías genéticas. La isoforma, G6PDH, está regulada por factores de transcripción y postranscripción. [16] Además, la G6PD es una de varias enzimas glucolíticas activadas por el factor de transcripción factor 1 inducible por hipoxia (HIF1). [17]
Significación clínica
G6PD es notable por su diversidad genética. Se han descrito muchas variantes de G6PD, en su mayoría producidas por mutaciones sin sentido , con niveles de actividad enzimática de amplio rango y síntomas clínicos asociados. Se han encontrado dos variantes de transcripción que codifican diferentes isoformas para este gen. [18]
La deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa es muy común en todo el mundo y causa anemia hemolítica aguda en presencia de una infección simple, ingestión de habas o reacción con ciertos medicamentos, antibióticos, antipiréticos y antipalúdicos. [3]
El crecimiento y la proliferación celular se ven afectados por G6PD. [19] Se están investigando los inhibidores de G6PD para tratar cánceres y otras afecciones. [17] El ensayo de proliferación celular in vitro indica que los inhibidores de G6PD, DHEA (dehidroepiandrosterona) y ANAD (6-aminonicotinamida), reducen eficazmente el crecimiento de las líneas celulares de AML. [19] [20] La G6PD está hipometilada en K403 en la leucemia mieloide aguda , la SIRT2 activa la G6PD para mejorar la producción de NADPH y promover la proliferación de células leucémicas. [20]
Ver también
- Deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa
- Resistencia genética a la malaria
Referencias
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Otras lecturas
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enlaces externos
- - Sitio web de deficiencia de G6PD
- ATSDR - Deficiencia de G6PD