La pirofosfatasa inorgánica (o difosfatasa inorgánica , PPasa ) es una enzima ( EC 3.6.1.1 ) que cataliza la conversión de un ión de pirofosfato en dos iones de fosfato . [1] Esta es una reacción altamente exergónica y, por lo tanto, puede acoplarse a transformaciones bioquímicas desfavorables para llevar a cabo estas transformaciones. [2] La funcionalidad de esta enzima juega un papel fundamental en el metabolismo de los lípidos (incluida la síntesis y degradación de lípidos), la absorción de calcio y la formación de huesos, [3] [4]y síntesis de ADN, [5] así como otras transformaciones bioquímicas . [6] [7]
pirofosfatasa inorgánica | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.6.1.1 | |||||||
No CAS. | 9024-82-2 | |||||||
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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Pirofosfatasa inorgánica soluble | ||||||||
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![]() Estructura de pirofosfatasa inorgánica soluble, aislada de Thermococcus litoralis ( PDB : 2PRD ). | ||||||||
Identificadores | ||||||||
Símbolo | Pirofosfatasa | |||||||
Pfam | PF00719 | |||||||
InterPro | IPR008162 | |||||||
PROSITE | PS00387 | |||||||
CATH | 2o | |||||||
SCOP2 | 2o / ALCANCE / SUPFAM | |||||||
CDD | cd00412 | |||||||
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pirofosfatasa (inorgánica) 1 | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | PPA1 | |||||
Alt. simbolos | PÁGINAS | |||||
Gen NCBI | 5464 | |||||
HGNC | 9226 | |||||
OMIM | 179030 | |||||
RefSeq | NM_021129 | |||||
UniProt | Q15181 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 10 q11.1-q24 | |||||
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pirofosfatasa (inorgánica) 2 | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | PPA2 | |||||
Gen NCBI | 27068 | |||||
HGNC | 28883 | |||||
OMIM | 609988 | |||||
RefSeq | NM_176869 | |||||
UniProt | Q9H2U2 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 4 q25 | |||||
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Hasta la fecha se han caracterizado dos tipos de difosfatasa inorgánica , muy diferentes en cuanto a secuencia y estructura de aminoácidos : pirofosfatasas de bombeo de protones solubles y transmembrana (sPPasas y H ( + ) -PPasas, respectivamente). Las sPPasas son proteínas ubicuas que hidrolizan el pirofosfato para liberar calor, mientras que las H + -PPasas, hasta ahora no identificadas en células animales y fúngicas , acoplan la energía de la hidrólisis de PPi al movimiento de protones a través de las membranas biológicas . [8] [9]
Estructura
Se había aislado pirofosfatasa soluble termoestable del extremófilo Thermococcus litoralis . La estructura tridimensional se determinó mediante cristalografía de rayos X y se encontró que constaba de dos hélices alfa , así como una hoja beta cerrada antiparalela . Se encontró que la forma de pirofosfatasa inorgánica aislada de Thermococcus litoralis contenía un total de 174 residuos de aminoácidos y tenía una organización oligomérica hexamérica (Imagen 1). [10]
Los seres humanos poseen dos genes que codifican la pirofosfatasa, PPA1 y PPA2. [11] PPA1 se ha asignado a un locus de genes en el cromosoma humano 10 , [12] y PPA2 al cromosoma 4 . [13]
Mecanismo
Aunque el mecanismo preciso de catálisis mediante pirofosfatasa inorgánica en la mayoría de los organismos sigue siendo incierto, los estudios de mutagénesis dirigida al sitio en Escherichia coli han permitido el análisis del sitio activo de la enzima y la identificación de aminoácidos clave . En particular, este análisis ha revelado 17 residuos que pueden ser de importancia funcional en la catálisis . [14]
Investigaciones posteriores sugieren que el estado de protonación de Asp67 es responsable de modular la reversibilidad de la reacción en Escherichia coli . Se ha demostrado que el grupo funcional carboxilato de este residuo realiza un ataque nucleófilo sobre el sustrato pirofosfato cuando están presentes cuatro iones magnesio . Se ha demostrado que la coordinación directa con estos cuatro iones de magnesio y las interacciones de enlace de hidrógeno con Arg43, Lys29 y Lys142 (todos residuos cargados positivamente) anclan el sustrato al sitio activo . También se sugiere que los cuatro iones de magnesio están involucrados en la estabilización del estado de transición de la bipirámide trigonal , lo que reduce la barrera energética para el ataque nucleofílico antes mencionado . [14]
Varios estudios también han identificado sustratos adicionales que pueden actuar como efectores alostéricos . En particular, la unión del pirofosfato (PPi) al sitio efector de la pirofosfatasa inorgánica aumenta su tasa de hidrólisis en el sitio activo . [15] También se ha demostrado que el ATP funciona como un activador alostérico en Escherichia coli , [16] mientras que se ha demostrado que el fluoruro inhibe la hidrólisis del pirofosfato en la levadura . [17]
Función e importancia biológica
La hidrólisis del pirofosfato inorgánico (PPi) a dos iones fosfato se utiliza en muchas vías bioquímicas para hacer que las reacciones sean efectivamente irreversibles. [18] Este proceso es altamente exergónico (representa aproximadamente un cambio de -19kJ en la energía libre ) y, por lo tanto, aumenta en gran medida la favorabilidad energética del sistema de reacción cuando se combina con una reacción típicamente menos favorable. [19]
La pirofosfatasa inorgánica cataliza esta reacción de hidrólisis en los primeros pasos de la degradación de lípidos , un ejemplo destacado de este fenómeno. Al promover la rápida hidrólisis del pirofosfato (PPi), la pirofosfatasa inorgánica proporciona la fuerza impulsora para la activación de ácidos grasos destinados a la oxidación beta . [19]
Antes de ácidos grasos pueden sufrir degradación para cumplir con las necesidades metabólicas de un organismo, que primero deben ser activados a través de un enlace tioéster a coenzima A . Este proceso es catalizado por la enzima acil CoA sintetasa y ocurre en la membrana mitocondrial externa . Esta activación se logra en dos pasos reactivos: (1) el ácido graso reacciona con una molécula de ATP para formar un acil adenilato y pirofosfato (PPi) unidos a enzima, y (2) el grupo sulfhidrilo de CoA ataca al acil adenilato, formando acil CoA y una molécula de AMP . Cada uno de estos dos pasos es reversible en condiciones biológicas, salvo por la hidrólisis adicional de PPi por pirofosfatasa inorgánica. [19] Esta hidrólisis acoplada proporciona la fuerza impulsora para la reacción de activación directa general y sirve como fuente de fosfato inorgánico utilizado en otros procesos biológicos.
Evolución
El examen de las formas procariotas y eucariotas de pirofosfatasa inorgánica soluble (sPPasa, Pfam PF00719 ) ha demostrado que difieren significativamente en la secuencia de aminoácidos , el número de residuos y la organización oligomérica . A pesar de los diferentes componentes estructurales, trabajos recientes han sugerido un alto grado de conservación evolutiva de la estructura del sitio activo , así como el mecanismo de reacción , basado en datos cinéticos . [20] El análisis de aproximadamente un millón de secuencias genéticas tomadas de organismos en el mar de los Sargazos identificó una secuencia de 57 residuos dentro de las regiones que codifican la pirofosfatasa inorgánica de bombeo de protones (H + -PPasa) que parece estar muy conservada; esta región consistió principalmente en los cuatro residuos de aminoácidos tempranos Gly , Ala , Val y Asp , lo que sugiere un origen evolutivamente antiguo de la proteína . [21]
Referencias
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enlaces externos
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