Fosfoglicerato deshidrogenasa - Phosphoglycerate dehydrogenase
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| Identificadores | |||||||||
| Número CE | 1.1.1.95 | ||||||||
| 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 | ||||||||
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La posfoglicerato deshidrogenasa {PHGDH} es una enzima que cataliza las reacciones químicas.
- 3-fosfo-D-glicerato + NAD + 3-fosfonooxipiruvato + NADH + H +
- 2-hidroxiglutarato + NAD + 2-oxoglutarato + NADH + H +
Los dos sustratos de esta enzima son 3-fosfo-D-glicerato y NAD + , mientras que sus 3 productos son 3-fosfohidroxipiruvato , NADH y H +
También es posible que dos sustratos de esta enzima sean 2-hidroxiglutarato y NAD + , mientras que sus 3 productos son 2-oxoglutarato , NADH y H + .
A partir de 2012, las variantes de PHGDH más estudiadas provienen de los genomas de E. coli y M. tuberculosis . En los seres humanos, esta enzima está codificada por el gen PHGDH .
Función
La 3-fosfoglicerato deshidrogenasa cataliza la transición de 3-fosfoglicerato en 3-fosfohidroxipiruvato, que es el paso comprometido en la vía fosforilada de la biosíntesis de L-serina . También es esencial en la síntesis de cisteína y glicina , que se encuentran más adelante. Esta vía representa la única forma de sintetizar serina en la mayoría de los organismos, excepto en las plantas, que poseen de forma única múltiples vías sintéticas. No obstante, todavía se sospecha que la vía fosforilada en la que participa PHGDH tiene un papel esencial en la síntesis de serina utilizada en la señalización del desarrollo de las plantas.
Debido al papel de la serina y la glicina como factores neurotróficos en el cerebro en desarrollo, se ha demostrado que la PHGDH tiene una alta expresión en las células gliales y de astrocitos durante el desarrollo neural.
Mecanismo y regulación
La 3-fosfoglicerato deshidrogenasa funciona mediante un mecanismo de ajuste inducido para catalizar la transferencia de un hidruro desde el sustrato a NAD +, un cofactor necesario . En su conformación activa, el sitio activo de la enzima tiene múltiples residuos catiónicos que probablemente estabilizan el estado de transición de la reacción entre el sustrato cargado negativamente y NAD + . El posicionamiento es tal que el carbono alfa del sustrato y el C4 del anillo de nicotinamida se colocan en una proximidad que facilita la transferencia de hidruro que produce NADH y el sustrato oxidado.
La PHGDH está regulada alostéricamente por su producto posterior , L-serina. Esta inhibición por retroalimentación es comprensible considerando que el 3-fosfoglicerato es un intermedio en la vía glucolítica . Dado que PHGDH representa el paso comprometido en la producción de serina en la célula, el flujo a través de la vía debe controlarse cuidadosamente.
Se ha demostrado que la unión de L-serina exhibe un comportamiento cooperativo . Los mutantes que disminuyeron esta cooperatividad también aumentaron en sensibilidad a la inhibición alostérica de la serina, lo que sugiere una separación de los mecanismos químicos que dan como resultado la cooperatividad de unión alostérica y la inhibición del sitio activo. El mecanismo de inhibición es de tipo Vmax, lo que indica que la serina afecta la velocidad de reacción más que la afinidad de unión del sitio activo.
Aunque los efectos alostéricos de la L-serina suelen ser el foco de la investigación reguladora, se ha observado que en algunas variantes de la enzima, la 3-fosfoglicerato deshidrogenasa se inhibe en un sitio alostérico separado cargado positivamente por concentraciones elevadas de su propio sustrato.
Estructura
La 3-fosfoglicerato deshidrogenasa es un tetrámero , compuesto por cuatro subunidades asimétricas idénticas. En cualquier momento, solo un máximo de dos subunidades adyacentes presentan un sitio catalíticamente activo; los otros dos se ven obligados a adoptar una conformación inactiva. Esto da como resultado una actividad de la mitad de los sitios con respecto a los sitios activos y alostéricos, lo que significa que solo los dos sitios de las subunidades activas deben unirse para un efecto esencialmente máximo con respecto a la catálisis y la inhibición, respectivamente. Existe alguna evidencia de que se produce una mayor inhibición con la unión de la tercera y cuarta moléculas de serina, pero es relativamente mínima.
Las subunidades de E. coli PHGDH tienen tres dominios distintos, mientras que las de M. tuberculosis tienen cuatro. Se observa que la enzima humana se parece más a la de M. tuberculosis , incluido el sitio de inhibición del sustrato alostérico. Concretamente, se han propuesto tres tipos generales de PHGDH: Tipo I, II y III. El tipo III tiene dos dominios distintos, carece de ambos sitios alostéricos y se encuentra en varios organismos unicelulares. El tipo II tiene sitios de unión a serina y abarca la bien estudiada E. coli PHGDH. El tipo I posee sitios de unión alostéricos tanto de serina como de sustrato y abarca M. tuberculosis y PHGDH de mamíferos.
Se cree que la regulación de la actividad catalítica es el resultado del movimiento de dominios rígidos sobre "bisagras" flexibles. Cuando el sustrato se une al sitio activo abierto, la bisagra gira y cierra la hendidura. Por tanto, la inhibición alostérica probablemente funcione bloqueando la bisagra en un estado que produzca la hendidura abierta del sitio activo.
La variante de M. tuberculosis también exhibe un pH óptimo dual poco común para la actividad catalítica.
Evolución
La 3-fosfoglicerato deshidrogenasa posee menos del 20% de homología con otras oxidorreductasas dependientes de NAD y exhibe una variación significativa entre especies. Parece haber conservación en los residuos del dominio de unión específico, pero todavía hay alguna variación en los residuos del sitio activo cargados positivamente entre las variantes. Por ejemplo, las enzimas PHGDH de tipo III se pueden dividir en dos subclases en las que el residuo de histidina clave se sustituye por un residuo de lisina .
Relevancia de la enfermedad
Las mutaciones homocigotas o heterocigotas compuestas en la 3-fosfoglicerato deshidrogenasa causan el síndrome de Neu-Laxova y deficiencia de fosfoglicerato deshidrogenasa . Además de acortar significativamente la vida útil, se sabe que las deficiencias de PHGDH causan microcefalia congénita , retraso psicomotor y convulsiones intratables tanto en humanos como en ratas, presumiblemente debido a la señalización esencial dentro del sistema nervioso con la que la serina, la glicina y otras moléculas posteriores están íntimamente involucradas con . El tratamiento generalmente implica la suplementación oral de serina y glicina y se ha demostrado que es más eficaz cuando se inicia en el útero mediante ingestión oral por parte de la madre.
Las mutaciones que dan como resultado una mayor actividad de PHGDH también se asocian con un mayor riesgo de oncogénesis , incluidos ciertos cánceres de mama. Este hallazgo sugiere que las vías que proporcionan una salida para desviar el carbono de la glucólisis pueden ser beneficiosas para el crecimiento celular rápido.
Se ha informado que PHGDH también puede catalizar la conversión de alfa-cetoglutarato en ácido 2-hidroxiglutárico en ciertas variantes. Por lo tanto, se plantea la hipótesis de que una mutación en la enzima contribuye a la aciduria 2-hidroxiglutárica en humanos, aunque existe un debate sobre si esta catálisis es compartida o no por la PHGDH humana.