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Vía del mevalonato Las tiolasas son, en términos generales, cualquier enzima que cataliza una reacción entre un tiol (estructura: R'-SH) y otro compuesto (R-R') para formar un s...

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Vía del mevalonato

Las tiolasas son, en términos generales, cualquier enzima que cataliza una reacción entre un tiol (estructura: R'-SH) y otro compuesto (R-R') para formar un sulfuro (RS-R') y un compuesto unido por hidrógeno (R'-H). [ 1 ] Sin embargo, en medicina, el término también puede referirse a un tipo más específico de enzima conocida como acetil-coenzima A acetiltransferasa ( ACAT ), que convierte dos unidades de acetil-CoA en acetoacetil-CoA en la vía del mevalonato . [ 2 ]

Las tiolasas son enzimas ubicuas que desempeñan funciones clave en muchas vías bioquímicas vitales, incluyendo la vía de beta oxidación de la degradación de ácidos grasos y diversas vías biosintéticas. [ 3 ] Los miembros de la familia de las tiolasas se pueden dividir en dos grandes categorías: tiolasas degradativas (EC 2.3.1.16) y tiolasas biosintéticas (EC 2.3.1.9). Estos dos tipos diferentes de tiolasa se encuentran tanto en eucariotas como en procariotas : acetoacetil-CoA tiolasa (EC:2.3.1.9) y 3-cetoacil-CoA tiolasa (EC:2.3.1.16). La 3-cetoacil-CoA tiolasa (también llamada tiolasa I) tiene una amplia especificidad de longitud de cadena para sus sustratos y está involucrada en vías degradativas como la beta-oxidación de ácidos grasos. La acetoacetil-CoA tiolasa (también llamada tiolasa II) es específica para la tiólisis de la acetoacetil-CoA y participa en vías biosintéticas como la síntesis de ácido beta-hidroxibutírico o la biogénesis de esteroides .

La formación de un enlace carbono-carbono es un paso clave en las vías biosintéticas mediante las cuales se producen los ácidos grasos y los policétidos . Las enzimas de la superfamilia de las tiolasas catalizan la formación del enlace carbono-carbono a través de un mecanismo de reacción de condensación de Claisen dependiente de tioéster [ 4 ] . [ 5 ]

Función

Las tiolasas son una familia de enzimas evolutivamente relacionadas . Dos tipos diferentes de tiolasa [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] se encuentran tanto en eucariotas como en procariotas: la tiolasa de acetoacetil-CoA ( EC 2.3.1.9 ) y la tiolasa de 3-cetoacil-CoA ( EC 2.3.1.16 ). La tiolasa de 3-cetoacil-CoA (también llamada tiolasa I) tiene una especificidad de longitud de cadena amplia para sus sustratos y está involucrada en vías degradativas como la beta-oxidación de ácidos grasos. La tiolasa de acetoacetil-CoA (también llamada tiolasa II) es específica para la tiólisis de acetoacetil-CoA y está involucrada en vías biosintéticas como la síntesis de poli beta-hidroxibutirato o la biogénesis de esteroides.

En los eucariotas, existen dos formas de 3-cetoacil-CoA tiolasa: una ubicada en la mitocondria y la otra en los peroxisomas.

Existen dos residuos de cisteína conservados que son importantes para la actividad tiolasa. El primero, ubicado en la sección N-terminal de las enzimas, participa en la formación de un intermedio acil-enzima; el segundo, ubicado en el extremo C-terminal, es la base del sitio activo que interviene en la desprotonación durante la reacción de condensación.

isoenzimas

La proteína de transferencia de lípidos no específica de mamíferos (nsL-TP) (también conocida como proteína transportadora de esteroles 2 ) es una proteína que parece existir en dos formas diferentes: una proteína de 14 kDa (SCP-2) y una proteína más grande de 58 kDa (SCP-x). La primera se encuentra en el citoplasma o las mitocondrias y participa en el transporte de lípidos; la segunda se encuentra en los peroxisomas . La parte C-terminal de SCP-x es idéntica a la de SCP-2, mientras que la porción N-terminal está relacionada evolutivamente con las tiolasas. [ 8 ]

Mecanismo

Reacción catalizada por tiolasa

Los tioésteres son más reactivos que los ésteres de oxígeno y son intermediarios comunes en el metabolismo de los ácidos grasos. [ 9 ] Estos tioésteres se forman mediante la conjugación del ácido graso con el grupo SH libre de la porción de panteteína de la coenzima A (CoA) o de la proteína transportadora de acilo (ACP).

Todas las tiolasas, ya sean biosintéticas o degradativas in vivo, catalizan preferentemente la degradación de 3-cetoacil-CoA para formar acetil-CoA y una especie de acil-CoA acortada, pero también son capaces de catalizar la reacción inversa de condensación de Claisen (lo que refleja el cambio negativo de energía libre de Gibbs de la degradación, que es independiente de la tiolasa que cataliza la reacción). Está bien establecido a partir de estudios sobre la tiolasa biosintética de Z. ramigera que la reacción de la tiolasa ocurre en dos pasos y sigue una cinética de ping-pong. [ 10 ] En el primer paso de ambas reacciones degradativas y biosintéticas, la Cys89 nucleofílica (o su equivalente) ataca el sustrato acil-CoA (o 3-cetoacil-CoA), lo que lleva a la formación de un intermedio acil-enzima covalente. [ 11 ] En el segundo paso, la adición de CoA (en la reacción de degradación) o acetil-CoA (en la reacción biosintética) al intermedio acil-enzima desencadena la liberación del producto de la enzima. [ 12 ] Cada uno de los intermedios de reacción tetraédricos que ocurren durante la transferencia de un grupo acetilo hacia y desde la cisteína nucleofílica, respectivamente, se han observado en estructuras cristalinas de rayos X de la tiolasa biosintética de A. fumigatus. [ 13 ]

Mecanismo de la tiolasa. Mecanismo de dos pasos, tipo ping-pong, para la reacción de la tiolasa. Las flechas rojas indican la reacción biosintética; las flechas negras trazan la reacción de degradación. En ambas direcciones, la reacción se inicia mediante el ataque nucleofílico de Cys89 sobre el sustrato para formar un intermedio covalente acetil-enzima. Cys89 se activa para el ataque nucleofílico por His348, que abstrae el protón sulfuro de Cys89. En el segundo paso de ambas reacciones, biosintética y degradativa, el sustrato ataca nucleofílicamente al intermedio acetil-enzima para producir el producto final y la enzima libre. Este ataque nucleofílico se activa por Cys378, que abstrae un protón del sustrato.

Estructura

La mayoría de las enzimas de la superfamilia de las tiolasas son dímeros . Sin embargo, no se han observado monómeros. Los tetrámeros se observan únicamente en la subfamilia de las tiolasas y, en estos casos, los dímeros se han dimerizado para convertirse en tetrámeros. La estructura cristalina de la tiolasa biosintética tetramérica de Zoogloea ramigera se ha determinado con una resolución de 2,0 Å. La estructura contiene un llamativo y novedoso motivo de tetramerización en forma de jaula, que permite cierto movimiento de bisagra de los dos dímeros compactos entre sí. El tetrámero de la enzima está acetilado en Cys89 y tiene una molécula de CoA unida en cada uno de sus sitios activos. [ 14 ]

Función biológica

En las células eucariotas , especialmente en las células de mamíferos, las tiolasas exhiben diversidad en la localización intracelular relacionada con sus funciones metabólicas, así como en la especificidad del sustrato. Por ejemplo, contribuyen a la β-oxidación de ácidos grasos en peroxisomas y mitocondrias , al metabolismo de los cuerpos cetónicos en mitocondrias, [ 15 ] y a los primeros pasos de la vía del mevalonato en peroxisomas y citoplasma . [ 16 ] Además de las investigaciones bioquímicas, los análisis de trastornos genéticos han aclarado la base de sus funciones. [ 17 ] Los estudios genéticos han identificado un sistema de tres tiolasas en la levadura Candida tropicalis , que tiene actividad tiolasa en los peroxisomas, donde puede participar en la beta-oxidación, y en el citosol, donde participa en la vía del mevalonato. [ 18 ] [ 19 ] La tiolasa es de importancia central en vías enzimáticas clave como la síntesis de ácidos grasos, esteroides y policétidos. La comprensión detallada de su biología estructural es de gran relevancia médica, por ejemplo, para una mejor comprensión de las enfermedades causadas por deficiencias genéticas de estas enzimas y para el desarrollo de nuevos antibióticos. [ 20 ] Aprovechar la compleja versatilidad catalítica de las policétido sintasas para la síntesis de productos naturales de relevancia biológica y médica es también una importante perspectiva futura de los estudios de las enzimas de esta superfamilia. [ 21 ]

Relevancia de la enfermedad

La deficiencia de acetoacetil-CoA tiolasa mitocondrial, conocida anteriormente como deficiencia de β-cetotiolasa , [ 22 ] es un error congénito del metabolismo que afecta al catabolismo de la isoleucina y al metabolismo de los cuerpos cetónicos. Las principales manifestaciones clínicas de este trastorno son la cetoacidosis intermitente, pero las consecuencias clínicas a largo plazo, aparentemente benignas, no están bien documentadas. La deficiencia de acetoacetil-CoA tiolasa mitocondrial se diagnostica fácilmente mediante el análisis de ácidos orgánicos en orina y puede confirmarse mediante el análisis enzimático de fibroblastos cutáneos cultivados o leucocitos sanguíneos. [ 23 ]

La deficiencia de β-cetotiolasa tiene una presentación variable. La mayoría de los pacientes afectados presentan síntomas de cetoacidosis grave entre los 5 y los 24 meses de edad. Los síntomas pueden iniciarse por una carga de proteínas en la dieta, una infección o fiebre. Los síntomas progresan desde vómitos hasta deshidratación y cetoacidosis. [ 24 ] Puede haber neutropenia y trombocitopenia, así como hiperamonemia moderada. La glucosa en sangre suele ser normal, pero puede ser baja o alta en episodios agudos. [ 25 ] Puede ocurrir retraso del desarrollo, incluso antes del primer episodio agudo, y se ha observado necrosis estriatal bilateral de los ganglios basales en la resonancia magnética cerebral .

Referencias

  1. ↑ "tiolasa" . Diccionario médico de Segen . 2013. Consultado el 19 de junio de 2026 .
  2. ↑ "tiolasa" . Diccionario médico Farlex Partner . 2012. Consultado el 19 de junio de 2026 .
  3. ↑ Thompson S, Mayerl F, Peoples OP, Masamune S, Sinskey AJ, Walsh CT (julio de 1989). "Estudios mecanísticos sobre la beta-cetoacil tiolasa de Zoogloea ramigera: identificación del nucleófilo del sitio activo como Cys89, su mutación a Ser89 y caracterización cinética y termodinámica de las enzimas de tipo silvestre y mutantes". Biochemistry . 28 (14): 5735–42 . doi : 10.1021/bi00440a006 . PMID 2775734 . 
  4. ↑ Heath RJ, Rock CO (octubre de 2002). "La condensación de Claisen en biología". Nat Prod Rep . 19 (5): 581– 96. doi : 10.1039/b110221b . PMID 12430724 . 
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  6. ↑ Baker ME, Billheimer JT, Strauss JF (noviembre de 1991). "Similitud entre la porción amino-terminal de la proteína transportadora de esteroles de 58 kD de mamíferos (SCPx) y la acetil-CoA aciltransferasa de Escherichia coli: evidencia de una fusión génica en SCPx". DNA Cell Biol . 10 (9): 695–8 . doi : 10.1089/dna.1991.10.695 . PMID 1755959 . 
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