La transcetolasa codificada por el gen TKT es una enzima tanto de la vía de la pentosa fosfato en todos los organismos como del ciclo de fotosíntesis de Calvin . Cataliza dos reacciones importantes, que operan en direcciones opuestas en estas dos vías. En la primera reacción de la vía de la pentosa fosfato no oxidativa, el cofactor tiamina difosfato acepta un fragmento de 2 carbonos de una cetosa de 5 carbonos ( D-xilulosa-5-P ), luego transfiere este fragmento a una aldosa de 5 carbonos ( D-ribosa-5-P ) para formar una cetosa de 7 carbonos ( sedoheptulosa-7-P ). La abstracción de dos carbonos de D-xilulosa-5-P produce la aldosa de 3 carbonosgliceraldehído-3-P . En el ciclo de Calvin, la transcetolasa cataliza la reacción inversa, la conversión de sedoheptulosa-7-P y gliceraldehído-3-P en pentosas, la aldosa D-ribosa-5-P y la cetosa D-xilulosa-5-P.
transcetolasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 2.2.1.1 | |||||||
No CAS. | 9014-48-6 | |||||||
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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transcetolasa | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | TKT | |||||
Gen NCBI | 7086 | |||||
HGNC | 11834 | |||||
OMIM | 606781 | |||||
RefSeq | NM_001064 | |||||
UniProt | P29401 | |||||
Otros datos | ||||||
Número CE | 2.2.1.1 | |||||
Lugar | Chr. 3 p14.3 | |||||
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La segunda reacción catalizada por la transcetolasa en la vía de la pentosa fosfato implica la misma transferencia mediada por tiamina difosfato de un fragmento de 2 carbonos de D-xilulosa-5-P a la aldosa eritrosa-4-fosfato , produciendo fructosa 6-fosfato y gliceraldehído- 3-P. Nuevamente, en el ciclo de Calvin ocurre exactamente la misma reacción, pero en la dirección opuesta. Además, en el ciclo de Calvin, esta es la primera reacción catalizada por la transcetolasa, en lugar de la segunda.
En los mamíferos, la transcetolasa conecta la vía de las pentosas fosfato con la glucólisis , alimentando el exceso de fosfatos de azúcar en las principales vías metabólicas de los carbohidratos. Su presencia es necesaria para la producción de NADPH , especialmente en tejidos que participan activamente en la biosíntesis, como la síntesis de ácidos grasos por el hígado y las glándulas mamarias , y para la síntesis de esteroides por el hígado y las glándulas suprarrenales . El difosfato de tiamina es un cofactor esencial, junto con el calcio .
La transcetolasa se expresa abundantemente en la córnea de los mamíferos por los queratocitos estromales y las células epiteliales y tiene fama de ser una de las cristalinas corneales . [1]
Distribución de especies
La transcetolasa se expresa ampliamente en una amplia gama de organismos que incluyen bacterias, plantas y mamíferos. Los siguientes genes humanos codifican proteínas con actividad transcetolasa:
- TKT (transcetolasa)
- TKTL1 (proteína 1 similar a la transcetolasa)
- TKTL2 (proteína 2 similar a la transcetolasa)
Estructura
La entrada al sitio activo de esta enzima está formada principalmente por varias cadenas laterales de arginina , histidina , serina y aspartato , con una cadena lateral de glutamato que desempeña un papel secundario. Estas cadenas laterales, para ser específicas Arg359, Arg528, His469 y Ser386, se conservan dentro de cada enzima transcetolasa e interactúan con el grupo fosfato de los sustratos donante y aceptor . Debido a que el canal del sustrato es tan estrecho, los sustratos donante y aceptor no pueden unirse simultáneamente. Además, los sustratos se adaptan a una forma ligeramente extendida al unirse en el sitio activo para acomodar este canal estrecho.
Aunque esta enzima es capaz de unirse a numerosos tipos de sustratos, tales como monosacáridos fosforilados y no fosforilados, incluidos ceto y aldosazúcares fructosa , ribosa , etc., tiene una alta especificidad para la estereoconfiguración de los grupos hidroxilo de los azúcares. Estos grupos hidroxilo en C-3 y C-4 del donante de cetosa deben estar en la configuración D- treo para corresponder correctamente a las posiciones C-1 y C-2 en el aceptor de aldosa . [2] También estabilizan el sustrato en el sitio activo al interactuar con los residuos Asp477, His30 e His263. La alteración de esta configuración, tanto la colocación de grupos hidroxilo como su estereoquímica, alteraría en consecuencia el enlace H entre los residuos y los sustratos, provocando así una menor afinidad por los sustratos.
En la primera mitad de esta vía, His263 se utiliza para abstraer eficazmente el protón hidroxilo C3 , lo que permite que un segmento de 2 carbonos se escinda de la fructosa 6-fosfato . [3] El cofactor necesario para que se produzca este paso es el pirofosfato de tiamina (TPP). La unión de TPP a la enzima no provoca un cambio conformacional importante en la enzima; en cambio, la enzima tiene dos bucles flexibles en el sitio activo que hacen que el TPP sea accesible y sea posible la unión. [2] Por lo tanto, esto permite que el sitio activo tenga una conformación "cerrada" en lugar de un gran cambio conformacional. Más adelante en la ruta, His263 se usa como donante de protones para el complejo aceptor de sustrato-TPP, que luego puede generar eritrosa-4-fosfato .
Las cadenas laterales de histidina y aspartato se utilizan para estabilizar eficazmente el sustrato dentro del sitio activo y también participan en la desprotonación del sustrato. Para ser específico, las cadenas laterales His 263 e His30 forman enlaces de hidrógeno con el extremo aldehído del sustrato, que está más profundo en el canal del sustrato, y Asp477 forma enlaces de hidrógeno con el grupo alfa hidroxilo en el sustrato, donde trabaja para funcionar eficazmente. unir el sustrato y verificar la estereoquímica adecuada. También se cree que Asp477 podría tener importantes efectos catalíticos debido a su orientación en el medio del sitio activo y sus interacciones con el grupo alfa hidroxilo del sustrato. Glu418, que se encuentra en la región más profunda del sitio activo, juega un papel crítico en la estabilización del cofactor TPP. Para ser específico, está involucrado en la abstracción de protones asistida por cofactor de la molécula de sustrato. [2]
El grupo fosfato del sustrato también juega un papel importante en la estabilización del sustrato tras su entrada en el sitio activo. Las estrechas interacciones iónicas y polares entre este grupo fosfato y los residuos Arg359, Arg528, His469 y Ser386 trabajan colectivamente para estabilizar el sustrato mediante la formación de enlaces H a los átomos de oxígeno del fosfato. [2] La naturaleza iónica se encuentra en el puente salino formado a partir de Arg359 al grupo fosfato.
Mecanismo
La catálisis de este mecanismo se inicia mediante la desprotonación de TPP en el anillo de tiazolio. Este carbanión luego se une al carbonilo del sustrato donante, escindiendo así el enlace entre C-2 y C-3. Este ceto fragmento permanece unido covalentemente al carbono C-2 de TPP. A continuación, se libera el sustrato donante y el sustrato aceptor entra en el sitio activo donde el fragmento, que está unido al difosfato de α-β-dihidroxietil tiamina intermedio, se transfiere luego al aceptor. [2]
También se han realizado experimentos que prueban el efecto que reemplaza la alanina por los aminoácidos en la entrada del sitio activo, Arg359, Arg528 e His469, que interactúan con el grupo fosfato del sustrato. Este reemplazo crea una enzima mutante con actividad catalítica deteriorada. [2]
Papel en la enfermedad
La actividad de la transcetolasa disminuye en la deficiencia de tiamina, que en general se debe a la desnutrición . Varias enfermedades están asociadas con la deficiencia de tiamina, incluyendo beriberi , enfermedad de los ganglios basales que responde a biotina-tiamina, [4] síndrome de Wernicke-Korsakoff y otras (ver tiamina para una lista completa).
En el síndrome de Wernicke-Korsakoff, aunque no se pudieron demostrar mutaciones, [5] hay indicios de que la deficiencia de tiamina conduce al síndrome de Wernicke-Korsakoff solo en aquellos cuya transcetolasa tiene una afinidad reducida por la tiamina. [6] De esta manera, la actividad de la transcetolasa se ve muy obstaculizada y, como consecuencia, se inhibe toda la vía de las pentosas fosfato. [7]
Uso diagnóstico
La actividad de la transcetolasa de los glóbulos rojos se reduce en la deficiencia de tiamina (vitamina B 1 ) y puede usarse en el diagnóstico de encefalopatía de Wernicke y otros síndromes de deficiencia de B 1 si el diagnóstico es dudoso. [8] Aparte de la actividad enzimática basal (que puede ser normal incluso en estados de deficiencia), la aceleración de la actividad enzimática después de la adición de pirofosfato de tiamina puede ser un diagnóstico de deficiencia de tiamina (0-15% normal, 15-25% deficiencia,> 25% deficiencia severa). [9]
Referencias
- ^ Sax CM, Kays WT, Salamon C, Chervenak MM, Xu YS, Piatigorsky J (noviembre de 2000). "La expresión del gen transcetolasa en la córnea está influenciada por factores ambientales y eventos controlados por el desarrollo". Córnea . 19 (6): 833–41. doi : 10.1097 / 00003226-200011000-00014 . PMID 11095059 . S2CID 7453789 .
- ^ a b c d e f Nilsson U, Meshalkina L, Lindqvist Y, Schneider G (enero de 1997). "Examen de la unión de sustrato en transcetolasa dependiente de difosfato de tiamina por cristalografía de proteínas y mutagénesis dirigida" . J. Biol. Chem . 272 (3): 1864–9. doi : 10.1074 / jbc.272.3.1864 . PMID 8999873 .
- ^ Wikner C, Nilsson U, Meshalkina L, Udekwu C, Lindqvist Y, Schneider G (diciembre de 1997). "Identificación de residuos catalíticamente importantes en la transcetolasa de levadura". Bioquímica . 36 (50): 15643–9. doi : 10.1021 / bi971606b . PMID 9398292 .
- ^ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK169615/
- ^ McCool BA, Plonk SG, Martin PR, Singleton CK (enero de 1993). "Clonación de ADNc de transcetolasa humana y comparación de la secuencia de nucleótidos de la región codificante en individuos Wernicke-Korsakoff y no Wernicke-Korsakoff" . J. Biol. Chem . 268 (2): 1397–404. PMID 8419340 .
- ^ Blass JP, Gibson GE (1977). "Anormalidad de una enzima que requiere tiamina en pacientes con síndrome de Wernicke-Korsakoff". N. Engl. J. Med . 297 (25): 1367–70. doi : 10.1056 / NEJM197712222972503 . PMID 927453 .
- ^ Cox, Michael; Nelson, David R .; Lehninger, Albert L (2005). Principios de bioquímica de Lehninger . San Francisco: WH Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.
- ^ Smeets EH, Muller H, de Wael J (julio de 1971). "Un ensayo de transcetolasa dependiente de NADH en hemolizados de eritrocitos". Clin. Chim. Acta . 33 (2): 379–86. doi : 10.1016 / 0009-8981 (71) 90496-7 . hdl : 1874/24761 . PMID 4330339 .
- ^ Doolman R, Dinbar A, Sela BA (julio de 1995). "Medición mejorada de la actividad transcetolasa en la evaluación del" efecto TPP " ". Eur J Clin Chem Clin Biochem . 33 (7): 445–6. PMID 7548453 .