aldolasa de fructosa-bisfosfato

La fructosa-bisfosfato aldolasa ( EC 4.1.2.13 ), a menudo simplemente aldolasa , es una enzima que cataliza una reacción reversible que divide el aldol , fructosa 1,6-bisfosfato , en los triosafosfatos dihidroxiacetona fosfato (DHAP) y gliceraldehído 3-fosfato (G3P). La aldolasa también puede producir DHAP a partir de otros (3S,4R) -cetosa 1-fosfatos como la fructosa 1-fosfato y la sedoheptulosa 1,7-bisfosfato . La gluconeogénesis y el ciclo de Calvin , que son vías anabólicas , utilizan la reacción inversa. La glucólisis , una vía catabólica , utiliza la reacción directa. La aldolasa se divide en dos clases según su mecanismo.

El término aldolasa también se refiere, de forma más general, a una enzima que realiza una reacción aldólica (creando un aldol ) o su reacción inversa (rompiendo un aldol), como la aldolasa del ácido siálico , que forma ácido siálico . Véase la lista de aldolasas .

Las proteínas de clase I forman un intermedio de base de Schiff protonada que une una lisina del sitio activo altamente conservada con el carbono carbonilo de la DHAP. Además, los residuos de tirosina son cruciales para este mecanismo, ya que actúan como aceptores de hidrógeno estabilizadores. Las proteínas de clase II utilizan un mecanismo diferente que polariza el grupo carbonilo con un catión divalente como ^el Zn²⁺ . La proteína del operón de galactitol de Escherichia coli , gatY, y la proteína del operón de N-acetilgalactosamina , agaY, que son tagatosa-bisfosfato aldolasas , son homólogas de la fructosa-bisfosfato aldolasa de clase II. Se ha demostrado que dos residuos de histidina en la primera mitad de la secuencia de estos homólogos participan en la unión del zinc. ^{[ 1 ]}

Las subunidades proteicas de ambas clases poseen un dominio α/β plegado en un barril TIM que contiene el sitio activo. Varias subunidades se ensamblan para formar la proteína completa . Las dos clases comparten poca identidad de secuencia .

Con pocas excepciones, solo se han encontrado proteínas de clase I en animales , plantas y algas verdes . ^{[ 2 ]} Con pocas excepciones, solo se han encontrado proteínas de clase II en hongos . Ambas clases se han encontrado ampliamente en otros eucariotas y en bacterias . ^{[ 3 ]} Las dos clases a menudo están presentes juntas en el mismo organismo. Las plantas y las algas tienen aldolasa plastidial , a veces una reliquia de endosimbiosis , además de la aldolasa citosólica habitual. Una aldolasa/fosfatasa bifuncional de fructosa-bisfosfato, con mecanismo de clase I, se ha encontrado ampliamente en arqueas y en algunas bacterias. ^{[ 4 ]} El sitio activo de esta aldolasa arqueal también está en un barril TIM.

La gluconeogénesis y la glucólisis comparten una serie de seis reacciones reversibles. En la gluconeogénesis, el gliceraldehído-3-fosfato se reduce a fructosa-1,6-bisfosfato mediante la acción de la aldolasa. En la glucólisis, la fructosa-1,6-bisfosfato se transforma en gliceraldehído-3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato mediante la acción de la aldolasa. La aldolasa utilizada en la gluconeogénesis y la glucólisis es una proteína citoplasmática.

En los vertebrados se encuentran tres formas de proteína de clase I. La aldolasa A se expresa preferentemente en músculo y cerebro; la aldolasa B en hígado, riñón y enterocitos ; y la aldolasa C en cerebro. Las aldolasas A y C participan principalmente en la glucólisis , mientras que la aldolasa B participa tanto en la glucólisis como en la gluconeogénesis. ^{[ 5 ]} Algunos defectos en la aldolasa B causan intolerancia hereditaria a la fructosa . El metabolismo de la fructosa libre en el hígado aprovecha la capacidad de la aldolasa B para utilizar fructosa 1-fosfato como sustrato . ^{[ 6 ]} Se presume que la fructosa-bisfosfato aldolasa/fosfatasa de las arqueas participa en la gluconeogénesis porque su producto es fructosa 6-fosfato. ^{[ 7 ]}

El ciclo de Calvin es una vía de fijación de carbono ; forma parte de la fotosíntesis, que convierte el dióxido de carbono y otros compuestos en glucosa. Comparte con la gluconeogénesis una serie de cuatro reacciones reversibles. En ambas vías, el 3-fosfoglicerato (3-PGA o 3-PG) se reduce a fructosa 1,6-bisfosfato, siendo la aldolasa la enzima que cataliza la última reacción. Una quinta reacción, catalizada en ambas vías por la fructosa 1,6-bisfosfatasa , hidroliza la fructosa 1,6-bisfosfato a fructosa 6-fosfato y fosfato inorgánico. La gran disminución de energía libre hace que esta reacción sea irreversible. En el ciclo de Calvin, la aldolasa también cataliza la producción de sedoheptulosa 1,7-bisfosfato a partir de DHAP y eritrosa 4-fosfato . Los principales productos del ciclo de Calvin son el triosa fosfato (TP), que es una mezcla de DHAP y G3P, y la fructosa 6-fosfato. Ambos también son necesarios para regenerar RuBP . La aldolasa utilizada por las plantas y las algas en el ciclo de Calvin suele ser una proteína dirigida a los plastidios, codificada por un gen nuclear.

La aldolasa cataliza

fructosa 1,6-bifosfato ⇌ DHAP + G3P

y también

sedoheptulosa 1,7-bisfosfato ⇌ DHAP + eritrosa 4-fosfato

fructosa 1-fosfato ⇌ DHAP + gliceraldehído

La aldolasa se utiliza en la vía reversible de la gluconeogénesis/glucólisis.

2( PEP + NADH + H ⁺ + ATP + H2O ₎ ⇌ fructosa 1,6-bisfosfato + 2(NAD ⁺ + ADP + _Pi )

La aldolasa también se utiliza en la parte del ciclo de Calvin que comparte con la gluconeogénesis, con la hidrólisis irreversible del fosfato al final catalizada por la fructosa 1,6-bisfosfatasa.

2( 3-PG + NADPH + H ⁺ + ATP + H ₂ O) ⇌ fructosa 1,6-bisfosfato + 2(NADP ⁺ + ADP + _Pi )

fructosa 1,6-bisfosfato + H ₂ O → fructosa 6-fosfato + _Pi

En la gluconeogénesis, el 3-PG es producido por la enolasa y la fosfoglicerato mutasa que actúan en serie.

PEP + H₂O _⇌ 2 -PG ⇌ 3 -PG

En el ciclo de Calvin, el 3-PG es producido por la RuBisCO.

RuBP + CO ₂ + H ₂ O → 2(3-PG)

La G3P es producida por la fosfoglicerato quinasa que actúa en serie con la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) en la gluconeogénesis, y en serie con la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (NADP+) (fosforilante) en el ciclo de Calvin.

3-PG + ATP ⇌ 1,3-bisfosfoglicerato + ADP

1,3-bisfosfoglicerato + NAD(P)H + H ⁺ ⇌ G3P + Pi ₊ NAD(P) ⁺

La triosafosfato isomerasa mantiene el DHAP y el G3P en un equilibrio casi perfecto, produciendo la mezcla denominada triosafosfato (TP).

G3P ⇌ DHAP

Por lo tanto, tanto el DHAP como el G3P están disponibles para la aldolasa.

La aldolasa también se ha visto implicada en muchas funciones secundarias o no catalíticas, debido a su afinidad de unión con muchas otras proteínas, incluyendo la actina F , la α-tubulina , la dineína de cadena ligera , WASP , el intercambiador de aniones Banda 3 , la fosfolipasa D ( PLD2 ), el transportador de glucosa GLUT4 , el inositol trifosfato , la V-ATPasa y ARNO (un factor de intercambio de nucleótidos de guanina de ARF6 ). Se cree que estas asociaciones están predominantemente involucradas en la estructura celular; sin embargo, se ha explorado su participación en la endocitosis, la invasión de parásitos, la reorganización del citoesqueleto, la motilidad celular, el tráfico y reciclaje de proteínas de membrana, la transducción de señales y la compartimentalización tisular. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

• Contenido multimedia relacionado con la fructosa-bisfosfato aldolasa en Wikimedia Commons.
• Laboratorio Tolan en la Universidad de Boston