La malato deshidrogenasa (descarboxilación de oxalacetato) (NADP + ) ( EC 1.1.1.40 ) o la enzima NADP-málica (NADP-ME) es una enzima que cataliza la reacción química en presencia de un ión metálico bivalente: [1]
Enzima NADP-málica | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.1.1.40 | |||||||
No CAS. | 9028-47-1 | |||||||
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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- (S) -malato + NADP +piruvato + CO 2 + NADPH
Por tanto, los dos sustratos de esta enzima son (S) -malato y NADP + , mientras que sus 3 productos son piruvato , CO 2 y NADPH . El malato se oxida a piruvato y CO 2 , y el NADP + se reduce a NADPH.
Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , concretamente las que actúan sobre el grupo CH-OH del donante con NAD + o NADP + como aceptor. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es (S) -malato: NADP + oxidorreductasa (oxaloacetato-descarboxilante) . Esta enzima participa en el metabolismo del piruvato y la fijación de carbono . La enzima NADP-málica es una de las tres enzimas de descarboxilación utilizadas en los mecanismos de concentración de carbono inorgánico de las plantas C4 y CAM . Los otros son la enzima NAD-málica y la PEP carboxiquinasa . [2] [3] Aunque a menudo predomina una de las tres descarboxilasas fotosintéticas, también se demuestra que existe la operación simultánea de las tres. [4]
Estructura enzimática
Basado en datos de cristalografía de enzimas málicas homólogas dependientes de NADP de origen mamífero, se ha desarrollado un modelo 3D para la vía C 4 NADP-ME en plantas, identificando los residuos clave involucrados en la unión de sustrato o catálisis. La unión de dinucleótidos implica dos motivos GXGXXG ricos en glicina , un surco hidrófobo que implica al menos seis residuos de aminoácidos y un residuo cargado negativamente en el extremo de la cadena βB. [5] [6] La secuencia primaria del primer motivo, 240 GLGDLG 245 , es un marcador de consenso para la unión de fosfato, que evidencia la participación en la unión de NADP, mientras que el otro motivo rico en glicina adopta un pliegue clásico de Rossmann, también un marcador típico de NADP cofactor vinculante. [7] Los experimentos de mutagénesis en maíz NADP-ME han apoyado el modelo actual. [1] La sustitución de glicina por valina en cualquiera de las regiones del motivo dejó a la enzima completamente inactiva mientras que el análisis espectral no indicó cambios importantes con respecto a la forma de tipo salvaje. Los datos sugieren un deterioro directo en un residuo clave involucrado en la unión o catálisis en lugar de un residuo entre dominios que influye en la estabilidad conformacional. Además, se ha demostrado que un residuo clave de arginina en el sitio 237 interactúa con los sustratos de malato y NADP + , formando interacciones electrostáticas favorables clave con el grupo ácido carboxílico y fosfato con carga negativa, respectivamente. Aún no se ha determinado si el residuo juega un papel en la unión del sustrato o en el posicionamiento del sustrato para la catálisis. [8] El residuo de lisina 255 se ha implicado como base catalítica para la reactividad de las enzimas; sin embargo, aún se requieren más estudios para establecer de manera concluyente su función bioquímica. [1]
Estudios estructurales
A partir de 2007[actualizar], Se han resuelto 3 estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1GQ2 , 1GZ4 y 2AW5 . [ cita requerida ]
Función biológica
En un contexto más amplio, las enzimas málicas se encuentran dentro de una amplia gama de organismos eucariotas , desde hongos hasta mamíferos, y más allá de eso, se muestra que se localizan en una variedad de ubicaciones subcelulares, incluidos el citosol , las mitocondrias y el cloroplasto . C 4 NADP-ME, específicamente, se encuentra en plantas localizadas en cloroplastos de envoltura de haces . [1]
Durante la fotosíntesis de C 4 , una vía evolucionada para aumentar las concentraciones de CO 2 localizado bajo la amenaza de una fotorrespiración mejorada , el CO 2 se captura dentro de las células del mesófilo , se fija como oxaloacetato , se convierte en malato y se libera internamente dentro de las células de la vaina del haz para alimentar directamente la actividad de RuBisCO . [9] Esta versión de CO fijo 2 , provocada por la descarboxilación favorable de malato en piruvato , está mediada por la enzima málica NADP-dependiente. De hecho, la importancia de la actividad de NADP-ME en la conservación de CO 2 se evidencia en un estudio realizado con plantas transgénicas que exhiben una mutación de pérdida de función de NADP-ME. Las plantas con la mutación experimentaron un 40% de la actividad del NADP-ME de tipo salvaje y lograron una absorción de CO 2 significativamente reducida incluso a altos niveles intercelulares de CO 2 , lo que evidencia la importancia biológica del NADP-ME en la regulación del flujo de carbono hacia el ciclo de Calvin . [10] [11]
Regulación enzimática
Se ha demostrado que la expresión de NADP-ME está regulada por factores de estrés abiótico . Para las plantas CAM , las condiciones de sequía hacen que el estoma permanezca cerrado en gran medida para evitar la pérdida de agua por evapotranspiración , que desafortunadamente conduce a la falta de CO 2 . En compensación, el estoma cerrado activa la traslación de NADP-ME para reforzar la alta eficiencia de la asimilación de CO 2 durante los breves intervalos de ingesta de CO 2 , lo que permite que continúe la fijación de carbono .
Además de la regulación en la escala de tiempo más larga por medio del control de la expresión, la regulación en la escala de tiempo corto puede ocurrir a través de mecanismos alostéricos . Se ha demostrado que C 4 NADP-ME está parcialmente inhibido por su sustrato , el malato, lo que sugiere dos sitios de unión independientes: uno en el sitio activo y otro en un sitio alostérico. Sin embargo, el efecto inhibidor exhibe dependencia del pH , existente a un pH de 7 pero no a un pH de 8. El control de la actividad enzimática debido a los cambios de pH se alinea con la hipótesis de que NADP-ME es más activo mientras la fotosíntesis está en progreso: Activo Las reacciones a la luz conducen a un aumento de la basicidad dentro del estroma del cloroplasto , la ubicación de NADP-ME, lo que conduce a una disminución del efecto inhibidor del malato sobre NADP-ME y, por lo tanto, promueve un estado más activo. Por el contrario, las reacciones de luz más lentas conducen a un aumento de la acidez dentro del estroma, lo que promueve la inhibición del NADP-ME por el malato. Debido a que los productos de alta energía de las reacciones de luz , NADPH y ATP , son necesarios para que prosiga el ciclo de Calvin , una acumulación de CO 2 sin ellos no es útil, lo que explica la necesidad del mecanismo regulador. [12]
Esta proteína puede utilizar el morpheein modelo de regulación alostérica . [13]
Evolución
La enzima NADP-málica, como todas las demás descarboxilasas C 4 , no evolucionó de novo para la acumulación de CO 2 para ayudar a RuBisCO . [14] Más bien, NADP-ME se transformó directamente de una especie C 3 en la fotosíntesis , e incluso los orígenes anteriores de un ancestro cistólico antiguo . En el citosol , la enzima existía como una serie de isoformas de mantenimiento destinadas a una variedad de funciones, incluido el mantenimiento del nivel de malato durante la hipoxia , la separación de microesporas y la defensa de patógenos . Con respecto al mecanismo de evolución, se cree que la funcionalidad C 4 se debe a un error de duplicación de genes tanto dentro de las regiones promotoras , lo que desencadena la sobreexpresión en las células de la vaina del haz, como dentro de la región codificante, lo que genera neofuncionalización . [15] La selección de la función de conservación de CO 2 , así como la mejora de la utilización de agua y nitrógeno en condiciones de estrés, fue moldeada por presiones naturales. [dieciséis]
Ver también
- ME1 (gen humano)
Referencias
- ↑ a b c d Detarsio E, Wheeler MC, Campos Bermúdez VA, Andreo CS, Drincovich MF (abril de 2003). "Enzima de maíz C4 NADP-málico. Expresión en Escherichia coli y caracterización de mutantes dirigidos al sitio en los sitios putativos de unión a nucleósidos" . La revista de química biológica . 278 (16): 13757–64. doi : 10.1074 / jbc.M212530200 . PMID 12562758 .
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Otras lecturas
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