acetolactato sintasa

La enzima acetolactato sintasa ( ALS ) (también conocida como acetohidroxiácido o acetohidroxiácido sintasa , abreviado AHAS ) ^{[ 2 ]} es una proteína presente en plantas y microorganismos. La ALS cataliza el primer paso en la síntesis de los aminoácidos de cadena ramificada ( valina , leucina e isoleucina ). ^{[ 3 ]}

El péptido catalítico de la ALS en Arabidopsis thaliana (berro de oreja de ratón) es una proteína cloroplástica que consta de 670 residuos, de los cuales los últimos 615 forman la forma activa. Se encuentran tres dominios principales, con dos pirofosfatos de tiamina que flanquean un dominio de unión a NAD/FAD similar a DHS. ^{[ 4 ]} En la asignación SCOP, estas subunidades se denominan d1yhya1, d1yhya2 y d1yhya3 desde el extremo N-terminal hasta el C-terminal. ^{[ 5 ]}

La estructura de la acetolactato sintasa que se utilizó para la imagen de esta página se determinó mediante difracción de rayos X a 2,70 angstroms.

Existen cinco ligandos específicos que interactúan con esta proteína. Los cinco se enumeran a continuación.

La unión de FAD no es catalítica.

La acetolactato sintasa es una enzima catalítica involucrada en la biosíntesis de varios aminoácidos. Esta enzima tiene el código de la Comisión de Enzimas 2.2.1.6, lo que significa que es una transcetolasa o una transaldolasa, clasificada dentro de las transferasas que transfieren residuos de aldehído o cetona. En este caso, la acetolactato sintasa es una transcetolasa, que se mueve de un lado a otro, teniendo formas tanto catabólicas como anabólicas. Estas actúan sobre una cetona ( piruvato ) y pueden moverse de un lado a otro en la cadena metabólica. Estas se encuentran en humanos, animales, plantas y bacterias. En las plantas, se localizan en los cloroplastos para ayudar en los procesos metabólicos. ^{[ 4 ]} En la levadura de panadería, se localizan en las mitocondrias. ^{[ 6 ]} En varios experimentos, se ha demostrado que las cepas mutadas de Escherichia coli K-12 sin la enzima no pudieron crecer en presencia únicamente de acetato u oleato como únicas fuentes de carbono. ^{[ 7 ]}

En algunas bacterias se encuentra una versión catabólica que no se une al FAD ( InterPro : IPR012782 ). 

La acetolactato sintasa, también conocida como acetohidroxiácido sintasa, es una enzima específicamente involucrada en la conversión de piruvato a acetolactato :

2 CH ₃ COCO − 2 → ⁻ O ₂ CC(OH)(CH ₃ )COCH ₃ + CO ₂

La reacción utiliza pirofosfato de tiamina para unir las dos moléculas de piruvato. El producto resultante, el acetolactato, se convierte finalmente en valina o leucina. Una reacción similar del piruvato con 2-oxobutanoato produce 2-aceto-2-hidroxibutirato, precursor de la isoleucina. Estos tres aminoácidos son esenciales y no pueden ser sintetizados por el organismo. Esto da lugar a su nombre sistémico : piruvato:piruvato acetaldehídotransferasa (descarboxilante) .

Cuatro residuos específicos son responsables de la actividad catalítica de esta enzima. Se enumeran a continuación, seguidos de los cofactores necesarios.

La secuencia primaria de esta proteína en Arabidopsis se muestra a continuación. Los residuos implicados en la actividad catalítica están en negrita. La mutagénesis de Asp428, que es un ligando carboxilato crucial para Mg(2+) en el "motivo ThDP", conduce a una disminución de la afinidad de AHAS II por Mg(2+). Mientras que el mutante D428N muestra una afinidad por ThDP cercana a la del tipo silvestre en saturación con Mg(2+), D428E tiene una afinidad reducida por ThDP. Estas mutaciones también conducen a la dependencia de la enzima de K(+). ^{[ 8 ]}

>sp|P1759|86-667 TFISRFAPDQPRKGADILVEALERQGVETVFAYPGGASMEIHQALTRSSSIRNVLPRHEQGGVFAAEGYARSSGKPGICIATSGPGATNLVSGLADALLD SVPLVAITGQVPRRMIGTDAFQETPIVEVTRSITKHNYLVMDVEDIPRIIEEAFFLATSGRPGPVLVDVPKDIQQQLAIPNWEQAMRLPGYMSRMPKPPE DSHLEQIVRLISESKKPVLYVGGGCLNSSDELGRFVELTGIPVASTLMGLGSYPXDDELSLHMLGMHGTVYANYAVEHSDLLLAFGVRFDDRVTGKLEAF ASRAKIVHIDIDSAEIGKNKTPHVSVCGDVKLALQGMNKVLENRAEELKLDFGVWRNELNVQKQKFPLSFKTFGEAIPPQYAIKVLDELTDGKAIISTGV GQHQMWAAQFYNYKKPRQWLSSGGLGAMGFGLPAAIGASVANPDAIVVDIDGDGSFIMNVQELATIRVENLPVKVLLLNNQHLGMVMQWEDRFYKANRAH TFLGDPAQEDEIFPNMLLFAAACGIPAARVTKKADLREAIQTMLDTPGPYLLDVICPHQEHVLPMIPSGGTFNDVITEGDGR

Because of inhibition and several factors, it is a slow procedure.

In Arabidopsis, two chains of catalytic ALS (InterPro: IPR012846) is complexed with two regulatory small subunits (InterPro: IPR004789), AHASS2 and AHASS1.^[10][11][12] Such an arrangement is widespread in both bacterial and eukaryotic ALS. The hetromeric structure was demonstrated in E. coli in 1984 and in eukaryotes (S. cerevisiae and Porphyra purpurea) in 1997.^[13] Most of the regulatory proteins have an ACT domain (InterPro: IPR002912) and some of them have a NiKR-like C-terminal (InterPro: IPR027271)

In bacteria (E. coli)), Acetolactate synthase consists of three pairs of isoforms. Each pair includes a large subunit, which is thought to be responsible for catalysis, and a small subunit for feedback inhibition. Each subunit pair, or ALS I, II, and III respectively, is located on its own operon, ilvBN, ilvGM, and ilvIH (where ilvN regulated ilvB, and vice versa). Together, these operons code for several enzymes involved in branched-chain amino acid biosynthesis. Regulation is different for each operon.^[14]

El operón ilvGMEDA codifica el par ilvGM (ALS II), así como una transaminasa de aminoácidos de cadena ramificada (ilvE), una dihidroxiácido deshidratasa (ilvD) y una treonina amoníaco-liasa (ilvA). Su regulación se produce por inhibición por retroalimentación en forma de atenuación transcripcional . Es decir, la transcripción se reduce en presencia de los productos finales de la vía metabólica, los aminoácidos de cadena ramificada.

El operón ilvBNC codifica el par ilvBN (ALS I) y una reductoisomerasa de cetol-ácido (ilvC). Su regulación es similar, pero es específica para la isoleucina y la leucina; la valina no la afecta directamente.

Los operones ilvGMEDA e ilvBNC se desreprimen durante la escasez de aminoácidos de cadena ramificada mediante el mismo mecanismo que los reprime. Ambos operones, así como el tercero, ilvIH , están regulados por la proteína sensible a la leucina (Lrp). ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Los inhibidores de la ALS se utilizan como herbicidas que privan gradualmente a las plantas afectadas de estos aminoácidos , lo que finalmente conduce a la inhibición de la síntesis de ADN. Afectan tanto a gramíneas como a dicotiledóneas. No constituyen una clase química, sino más bien una clase de mecanismo de acción con diversas composiciones químicas. La familia de inhibidores de la ALS incluye sulfonilureas (SU), imidazolinonas , triazolopirimidinas (véase Categoría: Triazolopirimidinas ), oxibenzoatos de pirimidina y sulfonilamino carbonil triazolinonas . ^{[ 17 ]} A marzo de 2022Los inhibidores de ALS sufren el peor problema de resistencia (conocido) de todas las clases de herbicidas, con 169 especies objetivo resistentes conocidas. ^{[ 18 ]} Las estructuras de los herbicidas ALS son radicalmente diferentes del sustrato normal y, por lo tanto, ninguno de ellos se une al sitio catalítico , sino a un sitio específico para la acción herbicida. Por consiguiente, se espera que las mutaciones de resistencia tengan efectos muy variables sobre la actividad catalítica normal de ALS, positivos, negativos y neutros. No es sorprendente que eso sea exactamente lo que han demostrado los experimentos, incluido el de Yu et al. , 2007, que encontró resistencia en Hordeum murinum debido a una sustitución de prolina → serina en el aminoácido 197 para aumentar la actividad de ALS en 2x-3x. ^{[ 2 ]}

En el estudio de Escherichia coli , se ha demostrado que el dominio de unión a FAD de ilvB interactúa con ilvN y activa la enzima AHAS I. ^{[ 19 ]}

• Acetolactato+sintasa en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Trama de Ramachandran