Cetoacil sintasa
Las cetoacil sintasas (KS) catalizan la reacción de condensación de acil-CoA o acil-acil ACP con malonil-CoA para formar 3-cetoacil-CoA o con malonil-ACP para formar 3-cetoacil-ACP. Esta reacción es un paso clave en el ciclo de síntesis de ácidos grasos, ya que la cadena de acilo resultante es dos átomos de carbono más larga que antes. Los SK existen como enzimas individuales, como lo hacen en la síntesis de ácidos grasos de tipo II y la síntesis de policétidos de tipo II, o como dominios en grandes enzimas multidominio, como las sintasas de ácidos grasos de tipo I (FAS) y las policétido sintasas (PKS). Los KS se dividen en cinco familias: KS1, KS2, KS3, KS4 y KS5. [1]
Sistemas enzimáticos multidominio
Sintasa de ácidos grasos
La sintasa de ácidos grasos (FAS) es el sistema enzimático involucrado en la síntesis de ácidos grasos de novo. FAS es una multienzima iterativa que consta de varios componentes enzimáticos, uno de los cuales es la cetoacil sintasa. Hay dos tipos de FAS: tipo I y tipo II. Las FAS de tipo I son enzimas multidominio altamente integradas. Contienen dominios funcionales discretos responsables de actividades catalíticas específicas de la secuencia de reacción, ya sea en una sola cadena polipeptídica o en dos proteínas multifuncionales diferentes. Los FAS de tipo II son sistemas disociados, lo que significa que las enzimas componentes son proteínas independientes codificadas por una serie de genes separados. [2]
Policétido sintasa
Las policétido sintasas (PKS) están relacionadas estructural y funcionalmente con las FAS, que son enzimas que catalizan la condensación de metabolitos primarios activados como acetil-CoA y malonil-CoA.
La principal reacción que catalizan es: [3]
- CO 2 -CH 2 -CO-S-CoA + CH 3 -CO-S-PKS → CH 3 -CO-CH 2 -CO-S-PKS + CoA-H + CO 2
Al igual que los FAS, los PKS utilizarán una β-cetoacilsintasa (KS), una (malonil) acil transferasa (MAT / AT) opcional y una proteína portadora de acilo fosfopantetienilada (ACP) o coenzima A (CoA). Ambos también usaron una cetoreductasa, deshidratasa y enoil reductasa para crear una cadena principal de acilo completamente saturada. Sin embargo, a diferencia de los FAS, los PKS suelen utilizar una mayor cantidad de bloques de construcción biosintéticos y forman un número más variado de longitudes de cola. Los pasos reductores que utilizan los FAS también son opcionales para los PKS. Al omitirlos potencialmente, existe la posibilidad de un patrón de funcionalización más complejo. [4]
Hay tres tipos principales de policétidos: tipo I, tipo II y tipo III. El tipo I es muy similar al tipo I de FAS, ya que contiene dominios catalíticos alineados linealmente y fusionados covalentemente dentro de grandes enzimas multifuncionales. El tipo II tiende a ser un complejo más disociable con dominios enzimáticos monofuncionales. Otra forma en que se diferencian los PKS es que tienen otro tipo, el Tipo III. Los PKS Tipo III son multifuncionales al elegir una unidad de partida, ensamblar la cadena y promover el plegado. [4]
Familia de cetoacil sintasa 1
Casi todos los miembros de KS1 son producidos por bacterias, unos pocos formados por eucariotas y solo uno por una arqueona. Hay 12 subfamilias. La enzima dominante en la familia KS1 es la 3-cetoacil-ACP sintasa III (KAS III), también conocida como 3-oxoacil-ACP sintasa III y β-cetoacil-ACP sintasa III, y se define como EC 2.3.1.180. [5] [1]
β-cetoacil-ACP sintasa III
La reacción característica de la β-cetoacil-ACP sintasa III es malonil-ACP + acetil-CoA => acetoacil-ACP + CO 2 + CoA. La cisteína, la histidina y la asparagina forman la tríada catalítica en KAS III, que utiliza el mecanismo cinético de ping-pong. [1]
En Escherichia coli , un organismo en el que se encuentra típicamente KAS III, KASIII es inhibido débilmente por la tiolactomicina. [6] En el mismo organismo, KAS III tendrá un pH óptimo de 7 y una temperatura óptima de 30-37 ° C. [7] Los inhibidores de cada organismo, el pH óptimo y las temperaturas óptimas variarán ligeramente. Sin embargo, estos números son bastante indicativos del entorno ideal de la enzima en general.
Familia de cetoacil sintasa 2
Todas las enzimas KS2 son producidas por eucariotas, casi todas de plantas. Las enzimas más comunes de esta familia son las 3-cetoacil-CoA sintasas, las elongasas de ácidos grasos y las enzimas de condensación de ácidos grasos de cadena muy larga. La caracterización general más común para estas enzimas es EC 2.3.1.-; sin embargo, algunos se definen como 2.3.1.119. La mayoría de las enzimas de la familia KS2 catalizan reacciones para producir ácidos grasos de cadena muy larga. KS2 se puede dividir en 10 subfamilias. [1]
3-cetoacil-CoA sintasa I
La 3-cetoacil-CoA sintasa I en Arabidopsis thaliana participa en la síntesis de ácidos grasos de cadena muy larga, que desempeña un papel en la biosíntesis de ceras. [8] La enzima cataliza la siguiente reacción:
acil-CoA de cadena muy larga + malonil-CoA ⇒ 3-oxoacil-CoA de cadena muy larga + CoA + CO 2 [9]
Es una elongasa que parece estar involucrada en la producción de ácidos grasos de cadena muy larga que tienen 26 carbonos o más. [10] La mefluidida y la perfluidona son inhibidores selectivos de esta enzima. [11]
Familia de cetoacil sintasa 3
La familia KS3 es la familia más grande del sistema KS, con 14 subfamilias. Las enzimas KS3 se producen principalmente en bacterias, con una pequeña cantidad de eucariotas y arqueas. Los KS de esta familia contienen dominios de KS presentes tanto en los FAS de Tipo I como en el Tipo I modular de los PKS. Si bien hay muchas enzimas ligeramente diferentes en esta familia, las dos más comunes 3-cetoacil-ACP sintasa I y sintasa II. [1]
3-cetoacil-ACP sintasa I
La 3-cetoacil-ACP sintasa I ( EC 2.3.1.41 ) está involucrada en el proceso de elongación de la cadena en el SAF de tipo II. Una consecuencia de no tener esta enzima será un déficit de ácidos grasos insaturados. Utiliza aciltioésteres grasos de ACP y CoA como sustratos y tiene una especificidad cercana a la de la beta-cetoacil-ACP sintasa II. [12]
Normalmente, esta enzima se usa en reacciones de condensación, así como en la descarboxilación y transferencia de grupos acilo.
La reacción procede como tal:
- acil- [proteína transportadora de acilo] + una malonil- [proteína transportadora de acilo] → una 3-oxoacil- [proteína transportadora de acilo] + CO2 + una [proteína transportadora de acilo]
En Escherichia coli , por ejemplo, esta enzima se usa para construir cadenas de acilo graso a través de una reacción de condensación de Claisen de tres pasos. La reacción comenzará con una trans tioesterificación del sustrato del cebador de acilo. A continuación, el sustrato donante se descarboxila, formando un intermedio de carbanión, que atacará el C1 del sustrato cebador y creará la cadena de acilo alargada. [13]
Hay una serie de moléculas que se sabe que son inhibidores de la sintasa I. Por ejemplo, en ciertos casos, la propia acil-CoA inhibe la enzima a altas concentraciones en Escherichia coli. Se sabe que la cerulenina inhibe la sintasa I en Carthamus tinctorius , Spinacia oleracea , Brassica napus , Allium ampeloprasu , Streptococcus pneumoniae , Escherichia coli , Mycobacterium tuberculosis y muchos más. En Mycobacterium tuberculosis , la palmitoil-CoA es un inhibidor y la tiolactomicina también lo es en varios organismos. [12]
El rango de pH óptimo varía mucho de un organismo a otro, pero en general tiende a estar entre 5,5 y 8,5. La temperatura óptima es la misma, con 20 ° C en un extremo del espectro, pero 37 ° C en el otro.
3-cetoacil-ACP sintasa II
La 3-cetoacil-ACP sintasa II [14] está involucrada en el SAF de tipo II que se presenta en plantas y bacterias. Aunque es muy similar a la beta-cetoacil-ACP sintasa I, existe una ligera diferencia entre los dos. Una diferencia principal es que la sintasa II puede usar fácilmente palmitoleoil-ACP como sustrato, mientras que la sintasa I no puede. Esto permite el control de la regulación dependiente de la temperatura de la composición de ácidos grasos. [15]
La reacción procede como tal:
- ( Z ) -hexadec-11-enoil- [proteína portadora de acilo] + malonil- [proteína portadora de acilo] → ( Z ) -3-oxooctadec-13-enoil- [proteína portadora de acilo] + CO 2 + [acilo -proteína transportadora
En Streptococcus pneumoniae , por ejemplo, la sintasa II se usa como enzima de condensación de elongación. Contiene una tríada catalítica de Cys134, His337 e His303, así como Phe396 y una molécula de agua unida al sitio activo. La cisteína nucleófila es necesaria para la formación de acil-enzima y se utiliza en la actividad de condensación global. His 337 también se usa para la actividad de condensación, específicamente la estabilización de la carga negativa en el malonil tioéster carbonilo en el estado de transición. His303 se usa para acelerar la catálisis desprotonando la molécula de agua para permitir un ataque nucleofílico al malonato, liberando así bicarbonato. Phe396 actúa como un guardián que controla el orden de adición de sustrato. [dieciséis]
Se sabe que varias moléculas inhiben esta enzima. Por ejemplo, la cerulenina inhibe la sintasa II en Spinacia oleracea , Allium ampelprasum , Escherichia coli y Streptoccoccus pneumonia . En Escherichia coli , también se conocen inhibidores de la platensimicina, tiolactomicina y yodoacetamida. [15]
El rango de pH óptimo variará según el organismo. En Escherichia coli , el rango es de 5,5 a 6,1. En Streptoccoccus pneumoniae , 6,8 a 7, en Plasmodium falciparum 7,5 y en Spinacia oleracea , 8,1 a 8,5. La temperatura óptima variará, pero en su mayor parte permanecerá en el rango de 30–37 ° C. [15]
Familia de cetoacil sintasa 4
La mayoría de las enzimas KS4 existen en organismos eucariotas, mientras que el resto proviene de bacterias. Estas enzimas se clasifican normalmente como calcona sintasas, estilbeno sintasas o PKS de tipo III. En general, hay 10 subfamilias diferentes dentro de KS4. Normalmente, los miembros de KS4 tendrán una tríada catalítica Cys-His-Asn. Tanto la calcona sintasas como las estilbeno sintasas catalizarán los mismos pasos de transferencia, descarboxilación y condensación de acilo que en KS1. Sin embargo, también ciclarán y aromatizarán más las reacciones antes de que se forme el producto final de chalcona. [1]
Sintasa de calcona
La calcona sintasa ( EC 2.3.1.74 ), también conocida como naringenina-calcona sintasa, es responsable de la reacción:
- 3 malonil-CoA + 4-cumaroil-CoA → 4 CoA + naringenina calcona + 3 CO 2
En Medicago sativa , por ejemplo, la reacción se produce en el transcurso de un paso de carga, un paso de descarboxilación y, finalmente, un paso de alargamiento. [17]
Varios inhibidores incluyen cerulenina en Sinapis alba, Daucus carota y Phaseolus vulgaris , apigenina en cereales Secale y Avena sativa , y eriodictyol en cereales Decale, Daucus carota y Xanthisma gracile. [17]
El pH óptimo al que puede funcionar esta enzima varía entre organismos, pero normalmente se sitúa entre 6 y 8. Lo mismo ocurre con la temperatura óptima entre 30 y 45 ° C. [17]
Familia de cetoacil sintasa 5
Los miembros de la familia KS5 están todos presentes en células eucariotas, principalmente animales. La mayoría de estas enzimas se pueden clasificar como elongasas de ácidos grasos. Se sabe que estas enzimas se utilizan en el alargamiento de ácidos grasos de cadena muy larga. KS5 tiene 11 subfamilias. Aún se sabe poco sobre la familia KS5. Actualmente, ninguna de las enzimas específicas tiene números de CE. No se han confirmado residuos de la tríada catalítica. Se han encontrado residuos conservados de histidina y asparagina, con la histidina en una región que atraviesa la membrana. Sin embargo, aún no se conocen residuos de cisteína conservados. [1]
Referencias
- ^ a b c d e f g Chen, Yingfei; Kelly, Erin E .; Masluk, Ryan P .; Nelson, Charles L .; Cantu, David C .; Reilly, Peter J. (1 de octubre de 2011). "Clasificación estructural y propiedades de las cetoacil sintasas" . Ciencia de las proteínas . 20 (10): 1659–1667. doi : 10.1002 / pro.712 . ISSN 1469-896X . PMC 3218358 . PMID 21830247 .
- ^ Schweizer, Eckhart; Hofmann, Jörg (1 de septiembre de 2004). "Sintasas de ácidos grasos microbianos de tipo I (FAS): actores principales en una red de sistemas celulares FAS" . Revisiones de Microbiología y Biología Molecular . 68 (3): 501–517. doi : 10.1128 / MMBR.68.3.501-517.2004 . ISSN 1092-2172 . PMC 515254 . PMID 15353567 .
- ^ "Policétido sintasas" . www.rasmusfrandsen.dk . Consultado el 4 de mayo de 2016 .
- ↑ a b Hertweck, Christian (15 de junio de 2009). "La lógica biosintética de la diversidad de policétidos". Angewandte Chemie International Edition . 48 (26): 4688–4716. doi : 10.1002 / anie.200806121 . ISSN 1521-3773 . PMID 19514004 .
- ^ "Entrada ENZIMA 2.3.1.180" . expasy.org . Consultado el 25 de febrero de 2017 .
- ^ Khandekar, SS; Gentry, RD; Van Aller, GS; Warren, P; Xiang, H; Silverman, C; Doyle, ML; Chambers, PA; Konstantinidis, AK; Brandt, M; Daines, RA; Lonsdale, JT (10 de agosto de 2001). "Identificación, especificidad de sustrato e inhibición de la proteína transportadora beta-cetoacil-acilo de Streptococcus pneumoniae sintasa III (FabH)" . La revista de química biológica . 276 (32): 30024-30. doi : 10.1074 / jbc.M101769200 . PMID 11375394 .
- ^ "BRENDA - Información sobre EC 2.3.1.180 - beta-cetoacil- [proteína transportadora de acilo] sintasa III" . www.brenda-enzymes.org . Consultado el 4 de mayo de 2016 .
- ^ Todd, J .; Post-Beittenmiller, D .; Jaworski, JG (1 de enero de 1999). "KCS1 codifica un ácido graso elongasa 3-cetoacil-CoA sintasa que afecta a la biosíntesis de cera en Arabidopsis thaliana" . The Plant Journal . 17 (2): 119–130. doi : 10.1046 / j.1365-313x.1999.00352.x . ISSN 0960-7412 . PMID 10074711 .
- ^ "KCS1 - 3-cetoacil-CoA sintasa 1 - Arabidopsis thaliana (berro de oreja de ratón) - proteína y gen KCS1" . www.uniprot.org . Consultado el 4 de mayo de 2016 .
- ^ Blacklock, Brenda J .; Jaworski, Jan G. (28 de julio de 2006). "Especificidad de sustrato de Arabidopsis 3-cetoacil-CoA sintasas". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 346 (2): 583–590. doi : 10.1016 / j.bbrc.2006.05.162 . PMID 16765910 .
- ^ Tresch, Stefan; Heilmann, Monika; Christiansen, Nicole; Más suelto, Ralf; Grossmann, Klaus (1 de abril de 2012). "Inhibición de la biosíntesis de ácidos grasos saturados de cadena muy larga por mefluidida y perfluidona, inhibidores selectivos de 3-cetoacil-CoA sintasas". Fitoquímica . 76 : 162-171. doi : 10.1016 / j.phytochem.2011.12.023 . ISSN 1873-3700 . PMID 22284369 .
- ^ a b "BRENDA - Información sobre EC 2.3.1.41 - beta-cetoacil- [proteína transportadora de acilo] sintasa I" . www.brenda-enzymes.org . Consultado el 4 de mayo de 2016 .
- ^ von Wettstein-Knowles, Penny; Olsen, Johan G .; McGuire, Kirsten A .; Henriksen, Anette (1 de febrero de 2006). "Síntesis de ácidos grasos". Diario FEBS . 273 (4): 695–710. doi : 10.1111 / j.1742-4658.2005.05101.x . ISSN 1742-4658 . PMID 16441657 .
- ^ "ENZIMA entrada 2.3.1.179" . expasy.org . Consultado el 25 de febrero de 2017 .
- ^ a b c "BRENDA - Información sobre EC 2.3.1.179 - beta-cetoacil- [proteína transportadora de acilo] sintasa II" . www.brenda-enzymes.org . Consultado el 4 de mayo de 2016 .
- ^ Zhang, Yong-Mei; Hurlbert, Jason; White, Stephen W .; Rock, Charles O. (23 de junio de 2006). "Funciones del agua del sitio activo, histidina 303 y fenilalanina 396 en el mecanismo catalítico de la enzima condensadora de alargamiento de Streptococcus pneumoniae" . Revista de Química Biológica . 281 (25): 17390-17399. doi : 10.1074 / jbc.M513199200 . ISSN 0021-9258 . PMID 16618705 .
- ^ a b c "BRENDA - Información sobre EC 2.3.1.74 - sintasa de naringenina-chalcona" . www.brenda-enzymes.org . Consultado el 4 de mayo de 2016 .
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