La isocitrato liasa ( EC 4.1.3.1 ), o ICL , es una enzima en el ciclo del glioxilato que cataliza la escisión del isocitrato en succinato y glioxilato . [2] [3] Junto con la malato sintasa , pasa por alto los dos pasos de descarboxilación del ciclo del ácido tricarboxílico (ciclo TCA) y es utilizado por bacterias, hongos y plantas. [4]
Isocitrato Lyase | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 4.1.3.1 | |||||||
No CAS. | 9045-78-7 | |||||||
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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Familia isocitrato liasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | ICL | |||||||
Pfam | PF00463 | |||||||
InterPro | IPR000918 | |||||||
PROSITE | PDOC00145 | |||||||
SCOP2 | 1f8m / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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El nombre sistemático de esta clase de enzimas es isocitrato glioxilato liasa (formadora de succinato) . Otros nombres de uso común incluyen isocitrasa , isocitritasa , isocitratasa , treo-Ds-isocitrato glioxilato-liasa e isocitrato glioxilato-liasa . Esta enzima participa en el metabolismo del glioxilato y dicarboxilato .
Mecanismo
Esta enzima pertenece a la familia de las liasas , específicamente las oxo-ácido-liasas, que escinden los enlaces carbono-carbono. Otras enzimas también pertenecen a esta familia, incluida la carboxivinilcarboxifosfonato fosforilmutasa ( EC 2.7.8.23 ) que cataliza la conversión de 1-carboxivinilcarboxifosfonato en 3- (hidroxifosforil) piruvato de dióxido de carbono y fosfoenolpiruvato mutasa ( EC 5.4.2.9 ), que está involucrada en la biosíntesis de antibióticos tripéptidos de fosfinotricina .
Durante la catálisis, el isocitrato se desprotona y una escisión aldólica da como resultado la liberación de succinato y glioxilato. Este mecanismo de reacción funciona de manera muy similar al de la aldolasa en la glucólisis , donde se escinde un enlace carbono-carbono y se libera un aldehído. [5]
En el ciclo del glioxilato, la malato sintasa luego cataliza la condensación de glioxilato y acetil-CoA para formar malato para que el ciclo pueda continuar.
ICL compite con la isocitrato deshidrogenasa , una enzima que se encuentra en el ciclo del TCA, para el procesamiento de isocitrato. El flujo a través de estas enzimas se controla mediante la fosforilación de la isocitrato deshidrogenasa, que tiene una afinidad mucho mayor por el isocitrato en comparación con la ICL. [6] La desactivación de la isocitrato deshidrogenasa por fosforilación conduce a un aumento de la canalización de isocitrato a través de ICL, como se ve cuando las bacterias crecen en acetato , un compuesto de dos carbonos. [6]
Estructura enzimática
A finales de 2019, se han resuelto múltiples estructuras de ICL. Estos incluyen una estructura de Pseudomonas aeruginosa ( código de acceso PDB 6G1O ), una estructura de Fusarium graminearum ( 5E9H ), una estructura del hongo Aspergillus nidulans ( 1DQU ), una estructura de Yersinia pestis ( 3LG3 ), una estructura de Burkholderia pseudomallei ( 3I4 ) , una estructura de Escherichia coli ( 1IGW ), dos estructuras de Magnaporthe oryzae > ( 5E9F y 5E9G ), cuatro estructuras de Brucella melitensis ( 3P0X , 3OQ8 , 3EOL y 3E5B ) y nueve estructuras de Mycobacterium tuberculosis ( 1F61 , 1F8I , 1F8M , 6C4 , 6C4C , 5DQL , 6EDW , 6EDZ y 6EE1 ).
ICL se compone de cuatro cadenas idénticas y requiere un Mg 2+ o Mn 2+ y un tiol para su actividad. [4] En Escherichia coli , se cree que Lys-193, Lys-194, Cys-195, His-197 e His-356 son residuos catalíticos, mientras que se cree que His-184 está involucrado en el ensamblaje de la enzima tetramérica . [7]
Entre procariotas y eucariotas , una diferencia en la estructura de ICL es la adición de aproximadamente 100 aminoácidos cerca del centro de la enzima eucariota. En eucariotas, se cree que los aminoácidos adicionales funcionan en la localización de ICL en orgánulos unidos a una sola membrana llamados glioxisomas . [4] [8] Estos aminoácidos adicionales explican la diferencia en la masa molecular: la ICL procariota es de 48 kDa, mientras que la ICL eucariota es de 67 kDa. [4] Sólo se conserva un residuo de cisteína entre las secuencias de las enzimas fúngicas, vegetales y bacterianas; se encuentra en medio de un hexapéptido conservado.
La mayoría de las ICL que se han caracterizado hasta la fecha contienen solo un dominio (el dominio catalítico). Sin embargo, en la isoforma 2 de M. tuberculosis ICL, se encontraron dos dominios. [9] A través de estudios estructurales y cinéticos, se descubrió que el dominio C-terminal es un dominio regulador, que se dimeriza con el dominio C-terminal correspondiente de otra subunidad (del tetrámero ICL2) tras la unión de la acetilcoenzima A para activar la actividad catalítica de la enzima. [9] En otro estudio que se centró en ICL2b (una supuesta enzima de M. tuberculosis H37Rv, en la que el gen que codifica ICL2 se dividió en dos marcos de lectura abiertos, codificando ICL2a e ICL2b respectivamente), el dominio C-terminal de ICL2 Se planteó la hipótesis de que / ICL2b estaba involucrado en la síntesis de metabolitos secundarios mediante análisis in silico . [10]
Ensayos
Se desarrollaron varios ensayos para estudiar la cinética enzimática y la inhibición de ICL. Los ensayos más utilizados implicaron el uso de espectroscopía ultravioleta-visible (UV / vis) química o acoplada a enzimas para medir la cantidad de glioxilato que se está formando. Por ejemplo, el glioxilato se puede hacer reaccionar con fenilhidrazina para formar una hidrazona que se puede analizar mediante espectroscopía UV / vis. [11] Alternativamente, se puede usar lactato deshidrogenasa para catalizar la reducción de glioxilato a glicolato en presencia de nicotinamida adenina dinucleótido (NADH), que es un cosustrato de lactato deshidrogenasa. Durante la reacción, el NADH se oxida a NAD + . La disminución en la concentración de NADH se puede medir luego mediante espectroscopía UV / vis usando un tinte. [12] Además de las técnicas espectroscópicas, las técnicas biofísicas que incluyen la espectrometría de masas nativa no desnaturalizante y la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) también se han aplicado para estudiar ICL. [13] [14]
Función biológica
Se ha descubierto que la enzima ICL es funcional en varias arqueas , bacterias , protistas , plantas , hongos y nematodos . [15] Aunque el gen se ha encontrado en genomas de nematodos y cnidaria, no se ha encontrado en los genomas de mamíferos placentarios. [15]
Al desviar el isocitrato del ciclo del TCA, las acciones de la ICL y la malato sintasa en el ciclo del glioxilato dan como resultado la asimilación neta de carbono de los compuestos de 2 carbonos. [16] Por lo tanto, mientras que el ciclo de TCA no produce asimilación neta de carbono, el ciclo de glioxilato genera intermedios que pueden usarse para sintetizar glucosa (a través de la gluconeogénesis ), además de otros productos biosintéticos. Como resultado, los organismos que usan ICL y malato sintasa son capaces de sintetizar glucosa y sus intermedios metabólicos a partir de acetil-CoA derivado del acetato o de la degradación de etanol, ácidos grasos o poli-β-hidroxibutirato. [4] Esta función es especialmente importante para las plantas superiores cuando se utilizan aceites de semillas. Al germinar semillas, la descomposición de los aceites genera acetil-CoA. Esto sirve como sustrato para el ciclo del glioxilato, que genera intermedios que sirven como fuente primaria de nutrientes antes del comienzo de la producción de azúcares por fotosíntesis . [8]
En M. tuberculosis , las isoformas 1 y 2 de ICL también desempeñan el papel de metilisocitrato liasa , convirtiendo metilisocitrato en succinato y piruvato. [9] [17] Esto es importante porque el ciclo de metilcitrato es clave para la supervivencia de las bacterias en los ácidos grasos de cadena impar . [18]
Relevancia de la enfermedad
Se ha descubierto que ICL es importante en la patogénesis humana, animal y vegetal. [4] Para varios cultivos agrícolas, incluidos cereales, pepinos y melones, el aumento de la expresión del gen que codifica ICL es importante para la virulencia fúngica. [4] Por ejemplo, se ha observado un aumento de la expresión génica de icl1 en el hongo Leptosphaeria maculans tras la infección de canola . La inactivación del gen icl1 conduce a una patogenicidad reducida del hongo, que se cree que es el resultado de la incapacidad del hongo para utilizar las fuentes de carbono proporcionadas por la planta. [19]
Además, se ha observado una regulación positiva del ciclo del glioxilato para los patógenos que atacan a los humanos. Este es el caso de hongos como Candida albicans , que habita en la piel, la boca, el tracto gastrointestinal, el intestino y la vagina de los mamíferos y puede provocar infecciones sistémicas en pacientes inmunodeprimidos; así como para la bacteria Mycobacterium tuberculosis , el principal agente causante de la tuberculosis . [20] [21] En este último caso, se ha descubierto que la ICL es esencial para la supervivencia del huésped. [22] Por lo tanto, ICL es un objetivo de inhibición actual para los tratamientos terapéuticos de la tuberculosis. [23]
Debido a su uso por hongos y bacterias patógenos, se están buscando inhibidores específicos para ICL y malato sintasa. [4] Aunque ya se han identificado algunos inhibidores, incluido el itaconato , anhídrido itacónico, bromopiruvato , nitropropionato, oxalato y malato , estos no son específicos y también inhibirían otras enzimas esenciales para la función del huésped. [4] [24] [25] Se necesita más investigación para identificar los inhibidores que se dirigen selectivamente a las enzimas en el ciclo del glioxilato.
Ver también
- Ciclo de glioxilato
- Familia isocitrato liasa
Referencias
- ^ Britton KL, Abeysinghe IS, Baker PJ, Barynin V, Diehl P, Langridge SJ, et al. (Septiembre de 2001). "La estructura y organización del dominio de Escherichia coli isocitrato liasa". Acta Crystallographica. Sección D, Cristalografía biológica . 57 (Parte 9): 1209–18. doi : 10.1107 / S0907444901008642 . PMID 11526312 .
- ^ Beeching JR (diciembre de 1989). "Conservación de alta secuencia entre isocitrato liasa de Escherichia coli y Ricinus communis". Secuencias de proteínas y análisis de datos . 2 (6): 463–6. PMID 2696959 .
- ^ Atomi H, Ueda M, Hikida M, Hishida T, Teranishi Y, Tanaka A (febrero de 1990). "Peroxisomal isocitrato liasa de la levadura Candida tropicalis asimiladora de n-alcanos: análisis de genes y caracterización". Revista de bioquímica . 107 (2): 262–6. doi : 10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a123036 . PMID 2361956 .
- ^ a b c d e f g h yo Dunn MF, Ramírez-Trujillo JA, Hernández-Lucas I (octubre de 2009). "Funciones principales de isocitrato liasa y malato sintasa en patogénesis bacteriana y fúngica" . Microbiología . 155 (Pt 10): 3166–75. doi : 10.1099 / mic.0.030858-0 . PMID 19684068 .
- ^ Garrett R, Grisham CN (2008). Bioquímica . Brooks Cole. págs. 588 . ISBN 978-0-495-10935-8.
- ^ a b Cozzone AJ (1998). "Regulación del metabolismo del acetato por fosforilación de proteínas en bacterias entéricas". Revisión anual de microbiología . 52 : 127–64. doi : 10.1146 / annurev.micro.52.1.127 . PMID 9891796 .
- ^ Rehman A, McFadden BA (julio de 1997). "Lisina 194 es funcional en isocitrato liasa de Escherichia coli". Microbiología actual . 35 (1): 14–7. doi : 10.1007 / s002849900203 . PMID 9175553 . S2CID 23972776 .
- ^ a b Eastmond PJ, Graham IA (febrero de 2001). "Reexaminar el papel del ciclo de glioxilato en semillas oleaginosas". Tendencias en ciencia de las plantas . 6 (2): 72–8. doi : 10.1016 / S1360-1385 (00) 01835-5 . PMID 11173291 .
- ^ a b c Bhusal, RP; Jiao, W .; Kwai, BXC; Reynisson, J .; Collins, AJ; Sperry, J .; Bashiri, G .; Leung, IKH (octubre de 2019). "Activación mediada por acetil-CoA de Mycobacterium tuberculosis Isocitrate Lyase 2" . Comunicaciones de la naturaleza . 10 (1): 4639. Bibcode : 2019NatCo..10.4639B . doi : 10.1038 / s41467-019-12614-7 . PMC 6788997 . PMID 31604954 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Antil M, Sharma J, Brissonnet Y, Choudhary M, Gouin S, Gupta V (septiembre de 2019). "Información de la función de estructura en elusiva proteína Rv1916 de Mycobacterium tuberculosis". Revista Internacional de Macromoléculas Biológicas . 141 : 927–936. doi : 10.1016 / j.ijbiomac.2019.09.038 . PMID 31505209 .
- ^ "Actas de la Sociedad Bioquímica" . La revista bioquímica . 72 (1): 1P – 13P. Mayo de 1959. doi : 10.1042 / bj0720001P . PMC 1196904 . PMID 16748793 .
- ^ Höner Zu Bentrup K, Miczak A, Swenson DL, Russell DG (diciembre de 1999). "Caracterización de la actividad y expresión de isocitrato liasa en Mycobacterium avium y Mycobacterium tuberculosis" . Revista de bacteriología . 181 (23): 7161–7. doi : 10.1128 / JB.181.23.7161-7167.1999 . PMC 103675 . PMID 10572116 .
- ^ Pham TV, Murkin AS, Moynihan MM, Harris L, Tyler PC, Shetty N, et al. (Julio de 2017). "Mycobacterium tuberculosis" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 114 (29): 7617–7622. doi : 10.1073 / pnas.1706134114 . PMC 5530696 . PMID 28679637 .
- ^ Bhusal RP, Patel K, Kwai BX, Swartjes A, Bashiri G, Reynisson J, et al. (Noviembre de 2017). "Inhibidores de la isocitrato liasa de Mycobacterium tuberculosis" . MedChemComm . 8 (11): 2155–2163. doi : 10.1039 / C7MD00456G . PMC 6072051 . PMID 30108733 .
- ^ a b Kondrashov FA, Koonin EV, Morgunov IG, Finogenova TV, Kondrashova MN (octubre de 2006). "Evolución de las enzimas del ciclo de glioxilato en Metazoa: evidencia de múltiples eventos de transferencia horizontal y formación de pseudogenes" . Biology Direct . 1 (31): 31. doi : 10.1186 / 1745-6150-1-31 . PMC 1630690 . PMID 17059607 .
- ^ Kornberg HL, Krebs HA (mayo de 1957). "Síntesis de constituyentes celulares a partir de unidades C2 mediante un ciclo de ácido tricarboxílico modificado". Naturaleza . 179 (4568): 988–91. Código Bibliográfico : 1957Natur.179..988K . doi : 10.1038 / 179988a0 . PMID 13430766 . S2CID 40858130 .
- ^ Gould TA, van de Langemheen H, Muñoz-Elías EJ, McKinney JD, Sacchettini JC (agosto de 2006). "Doble función de la isocitrato liasa 1 en los ciclos de glioxilato y metilcitrato en Mycobacterium tuberculosis" . Microbiología molecular . 61 (4): 940–7. doi : 10.1111 / j.1365-2958.2006.05297.x . PMID 16879647 . S2CID 26099043 .
- ^ Eoh H, Rhee KY (abril de 2014). "El ciclo de metilcitrato define la esencialidad bactericida de la isocitrato liasa para la supervivencia de Mycobacterium tuberculosis en ácidos grasos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 111 (13): 4976–81. Código bibliográfico : 2014PNAS..111.4976E . doi : 10.1073 / pnas.1400390111 . PMC 3977286 . PMID 24639517 .
- ^ Idnurm A, Howlett BJ (octubre de 2002). "La isocitrato liasa es esencial para la patogenicidad del hongo Leptosphaeria maculans a la canola (Brassica napus)" . Célula eucariota . 1 (5): 719–24. doi : 10.1128 / EC.1.5.719-724.2002 . PMC 126752 . PMID 12455691 .
- ^ Lorenz MC, Bender JA, Fink GR (octubre de 2004). "Respuesta transcripcional de Candida albicans tras la internalización por macrófagos" . Célula eucariota . 3 (5): 1076–87. doi : 10.1128 / EC.3.5.1076-1087.2004 . PMC 522606 . PMID 15470236 .
- ^ Srivastava V, Jain A, Srivastava BS, Srivastava R (mayo de 2008). "Selección de genes de Mycobacterium tuberculosis regulados positivamente durante la residencia en pulmones de ratones infectados". Tuberculosis . 88 (3): 171–7. doi : 10.1016 / j.tube.2007.10.002 . PMID 18054522 .
- ^ Muñoz-Elías EJ, McKinney JD (junio de 2005). "Las liasas 1 y 2 de isocitrato de Mycobacterium tuberculosis se requieren conjuntamente para el crecimiento y la virulencia in vivo" . Medicina de la naturaleza . 11 (6): 638–44. doi : 10,1038 / nm1252 . PMC 1464426 . PMID 15895072 .
- ^ Bhusal RP, Bashiri G, Kwai BX, Sperry J, Leung IK (julio de 2017). "Dirigida a la isocitrato liasa para el tratamiento de la tuberculosis latente". Descubrimiento de drogas hoy . 22 (7): 1008–1016. doi : 10.1016 / j.drudis.2017.04.012 . PMID 28458043 .
- ^ Krátký M, Vinšová J (diciembre de 2012). "Avances en inhibidores y diana de isocitrato liasa de micobacterias". Química Medicinal Actual . 19 (36): 6126–37. doi : 10.2174 / 0929867311209066126 . PMID 23092127 .
- ^ Lee YV, Wahab HA, Choong YS (2015). "Inhibidores potenciales de la isocitrato liasa de Mycobacterium tuberculosis y no M. tuberculosis: un resumen" . BioMed Research International . 2015 : 895453. doi : 10.1155 / 2015/895453 . PMC 4306415 . PMID 25649791 .
Otras lecturas
- McFadden BA, Howes WV (1963). "Cristalización y algunas propiedades de la isocitrato liasa de Pseudomonas indigofera". J. Biol. Chem . 238 : 1737-1742.
- Shiio I, Shiio T, Mcfadden BA (enero de 1965). "Isocitrato liasa de Pseudomonas indigofera I. Preparación, composición de aminoácidos y peso molecular". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Síntesis de proteínas y ácidos nucleicos . 96 : 114-22. doi : 10.1016 / 0005-2787 (65) 90615-5 . PMID 14285253 .
- Vickery HB (junio de 1962). "Una nueva nomenclatura sugerida para los isómeros del ácido isocítrico". La revista de química biológica . 237 : 1739–41. PMID 13925783 .