La glioxilato reductasa ( EC 1.1.1.26 ), aislada por primera vez de hojas de espinaca , [2] es una enzima que cataliza la reducción de glioxilato a glicolato , utilizando el cofactor NADH o NADPH .
Glioxilato reductasa | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.1.1.26 | |||||||
No CAS. | 9028-32-4 | |||||||
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 | |||||||
|
El nombre sistemático de esta clase de enzimas es glicolato: NAD + oxidorreductasa . Otros nombres de uso común incluyen NADH-glioxilato reductasa , ácido glioxílico reductasa y glioxilato reductasa dependiente de NADH .
Estructura
Se ha informado de la estructura cristalina de la enzima glioxilato reductasa del arco hipertermofílico Pyrococcus horiskoshii OT3. [1] La enzima existe en forma dimérica . Cada monómero tiene dos dominios : un dominio de unión a sustrato donde se une el glioxilato y un dominio de unión a nucleótidos donde se une el cofactor NAD (P) H.
Mecanismo
La enzima cataliza la transferencia de un hidruro de NAD (P) H a glioxilato, provocando una reducción del sustrato a glicolato y una oxidación del cofactor a NAD (P) + . La figura 2 muestra el mecanismo de esta reacción.
Se cree que los dos residuos Glu270 e His288 son importantes para la función catalítica de la enzima, mientras que se cree que el residuo Arg241 es importante para la especificidad del sustrato. [1]
Función
La enzima glioxilato reductasa se localiza en el citoplasma celular de las plantas. Puede usar tanto NADPH como NADH como cofactor, pero prefiere NADPH. El sustrato enzimático, glioxilato, es un metabolito en la fotorrespiración de las plantas y se produce en el peroxisoma . El glioxilato es importante en la célula vegetal ya que puede desactivar RUBISCO e inhibir su activación. Por tanto, los niveles de glioxilato son importantes para regular la fotosíntesis . [3]
Se piensa que la enzima es una lanzadera de glioxilato-glicolato que ayuda a eliminar el exceso de equivalentes reductores de la fotosíntesis. Esto está respaldado por los siguientes hallazgos: (1) la biosíntesis de glicolato en los cloroplastos es más alta a concentraciones bajas de CO 2 , (2) la enzima es bastante específica para el cofactor NADPH, que es un producto final de la transferencia de electrones en los cloroplastos durante la fotosíntesis, y (3) cuando los cloroplastos aislados se exponen a la luz, absorben el glioxilato y lo reducen, pero no absorben el glicolato. [4]
Debido al vínculo entre los niveles de glioxilato y la fotosíntesis, un aumento en los niveles de glioxilato indica que la planta está bajo estrés. A medida que los niveles de glioxilato continúan aumentando, pueden dañar la planta al (1) reaccionar con el ADN, (2) oxidar los lípidos de la membrana, (3) modificar las proteínas y (4) aumentar la transcripción de genes relacionados con el estrés en la planta. Esto resalta la importancia de la glioxilato reductasa, ya que ayuda a mantener sanas las células vegetales y las desintoxica al reducir los niveles de glioxilato. En ausencia de la enzima, los efectos secundarios del aumento de la actividad del glioxilato pueden causar problemas celulares y de desarrollo en la planta. [5]
La glioxilato reductasa se puede utilizar como herramienta para estudiar el metabolismo del carbono fotorrespiratorio en las hojas de las plantas. Dichos estudios se pueden llevar a cabo usando acetohidroxamato y aminooxiacetato, que se ha encontrado que inhiben la actividad glioxilato reductasa. Estos inhibidores no son completamente específicos, pero proporcionan una inhibición completamente reversible de la enzima y, por lo tanto, proporcionan una herramienta flexible para estudios metabólicos en plantas. [6]
Relevancia de la enfermedad
Se ha identificado una proteína humana, GRHPR , que exhibe actividades tanto glioxilato como hidroxipiruvato reductasa . La secuencia de ADN de esta proteína es hasta un 30% similar a la secuencia de hidroxipiruvato y glioxilato reductasas que se encuentran en una variedad de especies vegetales y microbianas. [7]
GRHPR es una proteína importante en el cuerpo humano, ya que convierte el subproducto metabólico glioxilato en el glicolato menos reactivo. [8] La función reducida de la enzima provoca una acumulación de glioxilato en el hígado y, a su vez, provoca un aumento de los niveles de oxalato en la orina. [9]
La función enzimática reducida puede ser causada por un trastorno autosómico recesivo hereditario poco común [10] conocido como hiperoxaluria primaria tipo II (PH2). Esta condición puede causar nefrolitiasis (cálculo renal), nefrocalcinosis e insuficiencia renal . [11] [12]
Relevancia industrial
La glioxilato reductasa usa NAD (P) H para reducir un oxoácido (glioxilato) a su correspondiente α-hidroxiácido (glicolato). Esta clase de reacciones brinda una oportunidad para la síntesis de hidroxiácidos quirales . Estos productos son de interés en la síntesis de productos farmacéuticos, como compuestos contra la obesidad y penicilinas semisintéticas . [13]
Evolución
El glioxilato es un componente importante del ciclo del glioxilato , una variante del ciclo del ácido cítrico , mediante el cual la acetil-CoA se convierte en succinato y luego en otros carbohidratos en plantas, bacterias , protistas y hongos . Se han realizado estudios para rastrear los genes de las enzimas del ciclo del glioxilato hasta los animales. Los estudios han demostrado que estos genes están de hecho presentes en animales, pero la redistribución de los genes sugiere que (1) estos genes codifican otras enzimas que participan en el ciclo del glioxilato, pero que no son ortólogas a las enzimas conocidas en el ciclo, o (2) los animales han desarrollado una nueva función para estas enzimas que aún no se han caracterizado. [14]
Referencias
- ^ a b c Yoshikawa S, Arai R, Kinoshita Y, Uchikubo-Kamo T, Wakamatsu T, Akasaka R, Masui R, Terada T, Kuramitsu S, Shirouzu M, Yokoyama S (marzo de 2007). "Estructura de la arquea glioxilato reductasa de Pyrococcus horikoshii OT3 complejado con fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina". Acta Crystallogr. D . 63 (Pt 3): 357–65. doi : 10.1107 / S0907444906055442 . PMID 17327673 .
- ^ ZELITCH I (abril de 1953). "Oxidación y reducción de ácidos glicólico y glioxílico en plantas. II. Ácido glioxílico reductasa" . J. Biol. Chem . 201 (2): 719–26. PMID 13061410 .
- ^ Givan CV, Kleczkowski LA (octubre de 1992). "La reducción enzimática de glioxilato e hidroxipiruvato en hojas de plantas superiores" . Plant Physiol . 100 (2): 552–6. doi : 10.1104 / pp.100.2.552 . PMC 1075593 . PMID 16653027 .
- ^ Tolbert NE, Yamazaki RK, Oeser A (octubre de 1970). "Localización y propiedades de hidroxipiruvato y glioxilato reductasas en partículas de hojas de espinaca". J. Biol. Chem . 245 (19): 5129–36. PMID 4394164 .
- ^ Allan WL, Clark SM, Hoover GJ, Shelp BJ (octubre de 2009). "Papel de las reductasas de glioxilato vegetal durante el estrés: una hipótesis" . Biochem. J . 423 (1): 15-22. doi : 10.1042 / BJ20090826 . PMC 2762691 . PMID 19740079 .
- ^ Kleczkowski LA, Randall DD, Blevins DG (julio de 1987). "Inhibición de la hoja de espinaca NADPH (NADH) -glioxilato reductasa por acetohidroxamato, aminooxiacetato y glicidato" . Plant Physiol . 84 (3): 619–23. doi : 10.1104 / pp.84.3.619 . PMC 1056639 . PMID 16665491 .
- ^ Rumsby G, Cregeen DP (septiembre de 1999). "Identificación y expresión de un ADNc para hidroxipiruvato / glioxilato reductasa humana". Biochim. Biophys. Acta . 1446 (3): 383–8. doi : 10.1016 / S0167-4781 (99) 00105-0 . PMID 10524214 .
- ^ Mdluli K, Booth MP, Brady RL, Rumsby G (diciembre de 2005). "Una descripción preliminar de las propiedades de la glioxilato reductasa humana recombinante (GRHPR), LDHA y LDHB con glioxilato, y sus posibles funciones en su metabolismo". Biochim. Biophys. Acta . 1753 (2): 209–16. doi : 10.1016 / j.bbapap.2005.08.004 . PMID 16198644 .
- ^ Booth MP, Conners R, Rumsby G, Brady RL (junio de 2006). "Base estructural de la especificidad del sustrato en glioxilato reductasa / hidroxipiruvato reductasa humana". J. Mol. Biol . 360 (1): 178–89. doi : 10.1016 / j.jmb.2006.05.018 . PMID 16756993 .
- ^ Cregeen DP, Williams EL, Hulton S, Rumsby G (diciembre de 2003). "Análisis molecular del gen de la glioxilato reductasa (GRHPR) y descripción de mutaciones subyacentes a la hiperoxaluria primaria tipo 2" . Tararear. Mutat . 22 (6): 497. doi : 10.1002 / humu.9200 . PMID 14635115 . S2CID 39645821 .
- ^ Cramer SD, Ferree PM, Lin K, Milliner DS, Holmes RP (octubre de 1999). "El gen que codifica la hidroxipiruvato reductasa (GRHPR) está mutado en pacientes con hiperoxaluria primaria tipo II" . Tararear. Mol. Genet . 8 (11): 2063–9. doi : 10.1093 / hmg / 8.11.2063 . PMID 10484776 .
- ^ Lam CW, Yuen YP, Lai CK, Tong SF, Lau LK, Tong KL, Chan YW (diciembre de 2001). "Nueva mutación en el gen GRHPR en un paciente chino con hiperoxaluria primaria tipo 2 que requiere trasplante renal de un donante vivo relacionado". Soy. J. Kidney Dis . 38 (6): 1307–10. doi : 10.1053 / ajkd.2001.29229 . PMID 11728965 .
- ^ Hummel W, Kula MR (septiembre de 1989). "Deshidrogenasas para la síntesis de compuestos quirales" . EUR. J. Biochem . 184 (1): 1–13. doi : 10.1111 / j.1432-1033.1989.tb14983.x . PMID 2673781 .
- ^ Kondrashov FA, Koonin EV, Morgunov IG, Finogenova TV, Kondrashova MN (2006). "Evolución de las enzimas del ciclo de glioxilato en Metazoa: evidencia de múltiples eventos de transferencia horizontal y formación de pseudogenes" . Biol. Directo . 1 : 31. doi : 10.1186 / 1745-6150-1-31 . PMC 1630690 . PMID 17059607 .