malato sintasa

La malato sintasa ( EC 2.3.3.9 ) es una enzima que cataliza la reacción química

ácido glioxílico

+

 

acetil-CoA

 

H ₂ O

 

 

 

 

( ácido S -málico)

+ coenzima A

 

Los tres sustratos de esta enzima son el ácido glioxílico, la acetil-CoA y el agua. Sus productos son el enantiómero ( S ) del ácido málico y la coenzima A. Esta enzima participa en el metabolismo del piruvato y en el metabolismo del glioxilato y los dicarboxilatos .

Esta enzima pertenece a la familia de las transferasas , específicamente a las aciltransferasas que convierten grupos acilo en grupos alquilo mediante transferencia. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es acetil-CoA:glioxilato C-acetiltransferasa (hidrolítica de tioésteres, formadora de carboximetilos). Otros nombres de uso común incluyen L-malato glioxilato-liasa (acetilante de CoA), transacetilasa de glioxilato, transacetasa de glioxilato, transacetasa de glioxílico, enzima condensante de malato, sintetasa de malato, sintetasa málica y enzima condensante málica.

Las malato sintasas se dividen en dos familias principales: las isoformas A y G. La isoforma G es monomérica , con un tamaño aproximado de 80 kD, y se encuentra exclusivamente en bacterias . ^{[ 2 ]} La isoforma A tiene un tamaño aproximado de 65 kD por subunidad y puede formar homomultímeros en eucariotas . ^{[ 3 ]} Esta enzima contiene un barril TIM central intercalado entre un dominio alfa-helicoidal N-terminal y un dominio alfa/beta que surge de dos inserciones en la secuencia del barril TIM . La enzima termina con un tapón de cinco hélices C-terminal . El sitio activo, donde el acetil-CoA y el glioxilato se unen a la enzima, se encuentra entre el barril TIM y el tapón C-terminal . ^{[ 4 ]} Tras la unión, la molécula de acetil-CoA forma una estructura en forma de J que se inserta en el bolsillo de unión mediante un enlace de hidrógeno intramolecular entre el N7 del anillo de adenina y un grupo hidroxilo en la cola de panteteína . ^{[ 4 ]} Además, un ion magnesio crítico dentro del sitio activo se coordina con glioxilato , ácido glutámico 427, ácido aspártico 455 y dos moléculas de agua. ^{[ 4 ]} Los aminoácidos que interactúan con acetil CoA al unirse están altamente conservados. ^{[ 2 ]} La identidad de secuencia es alta dentro de cada clase de isoformas, pero entre ambas clases la identidad de secuencia cae a aproximadamente 15%. ^{[ 5 ]} El dominio alfa/beta, que no tiene una función aparente, no se observa en la isoforma A. ^{[ 6 ]}

El mecanismo de la malato sintasa es una reacción aldólica seguida de hidrólisis de tioéster . Inicialmente, el aspartato 631 actúa como una base catalítica, abstraiendo un protón del carbono alfa del acetil-CoA y creando un enolato que es estabilizado por la arginina 338. ^{[ 6 ]} Este se considera el paso determinante de la velocidad del mecanismo. ^{[ 7 ]} Luego, el enolato recién formado actúa como un nucleófilo que ataca el aldehído del glioxilato , impartiendo una carga negativa al oxígeno que es estabilizado por la arginina 338 y el catión de magnesio coordinador . Este intermedio malil-CoA luego sufre hidrólisis en la porción acil-CoA , generando un anión carboxilato . ^{[ 2 ]} La enzima finalmente libera malato y coenzima A .

El ciclo del ácido cítrico (también conocido como ciclo del ácido tricarboxílico o ciclo de Krebs) es utilizado por organismos aerobios para producir energía mediante la oxidación de acetil-CoA , que se deriva del piruvato (un producto de la glucólisis ). El ciclo del ácido cítrico acepta acetil-CoA y lo metaboliza para formar dióxido de carbono . Un ciclo relacionado, llamado ciclo del glioxilato , se encuentra en muchas bacterias y plantas. En las plantas, el ciclo del glioxilato tiene lugar en los glioxisomas . ^{[ 8 ]} En este ciclo, la isocitrato liasa y la malato sintasa omiten los pasos de descarboxilación del ciclo del ácido cítrico. En otras palabras, la malato sintasa trabaja junto con la isocitrato liasa en el ciclo del glioxilato para evitar dos pasos oxidativos del ciclo de Krebs y permitir la incorporación de carbono proveniente del acetato o de ácidos grasos en muchos microorganismos. ^{[ 9 ]} Juntas, estas dos enzimas sirven para producir succinato (que sale del ciclo para ser utilizado en la síntesis de azúcares) y malato (que permanece en el ciclo del glioxilato). Durante este proceso, el acetil-CoA y el agua se utilizan como sustratos. Como resultado, la célula no pierde 2 moléculas de dióxido de carbono como sucede en el ciclo de Krebs . El ciclo del glioxilato, facilitado por la malato sintasa y la isocitrato liasa, permite que las plantas y las bacterias subsistan con acetil-CoA u otros compuestos de dos carbonos. Por ejemplo, Euglena gracilis , un alga eucariota unicelular , consume etanol para formar acetil-CoA y, posteriormente, carbohidratos . ^{[ 10 ]} Dentro de las plantas en germinación , el ciclo del glioxilato permite la conversión de lípidos de reserva en carbohidratos dentro de los glioxisomas . ^{[ 11 ]}

La malato sintasa se encuentra como un octámero de subunidades idénticas (cada una de aproximadamente 60 kDa) en algunas plantas, incluido el maíz. Se encuentra como un homotetrámero en el hongo Candida y como un homodímero en las eubacterias . La malato sintasa está fusionada al extremo C-terminal de la isocitrato liasa en C. elegans , lo que da como resultado una única proteína bifuncional. Si bien actualmente no existe suficiente información de secuencia para determinar la historia evolutiva exacta de la malato sintasa, las secuencias de plantas, hongos y C. elegans son distintas y no muestran homólogos de arqueobacterias . ^{[ 12 ]}

Tradicionalmente, las sintasas de malato se describen en bacterias como parte del ciclo del glioxilato, y no se había informado de actividad de sintasa de malato para una proteína humana antes de un estudio de Strittmatter et al. En este estudio, se encontró que CLYBL es una enzima mitocondrial humana con actividad de sintasa de malato. Se encuentra en múltiples taxones eucariotas y está conservada en bacterias. CLYBL difiere de otras sintasas de malato en que carece de una gran porción del dominio C-terminal y muestra menor actividad y eficiencia específicas. ^{[ 13 ]} CLYBL está vinculada a la vía metabólica de la vitamina B12 porque se coexpresa fuertemente con MUT, MMAA y MMAB, tres miembros de la vía mitocondrial de B12. ^{[ 13 ]} Además, un polimorfismo de pérdida de función , que lleva a una pérdida de la proteína CLYBL, está asociado simultáneamente con bajos niveles de B12 en plasma humano. ^{[ 13 ]} Si bien el mecanismo exacto de la participación de CLYBL en el metabolismo de B12 no se comprende bien, se cree que convierte citramalil-CoA en piruvato y acetil-CoA. Sin esta conversión, el itaconil-CoA, un precursor del citramalil-CoA, se acumula en la célula, lo que lleva a la inactivación de la vitamina B12. Esta inactivación inhibe el ciclo de la metionina, lo que conduce a una reducción del metabolismo de la serina , la glicina , los ácidos grasos monocarbonados y el folato . ^{[ 14 ] [ 15 ]}

Debido a que el ciclo del glioxilato ocurre en bacterias y hongos, estudiar los mecanismos de la malato sintasa (así como de la isocitrato liasa) es importante para comprender la patogénesis humana, animal y vegetal . El estudio de la malato sintasa puede arrojar luz sobre las vías metabólicas que permiten a los patógenos sobrevivir dentro de un huésped, así como dilucidar posibles tratamientos. ^{[ 16 ]} Se han realizado muchos estudios sobre la actividad de la malato sintasa en patógenos, incluidos Mycobacterium tuberculosis , Pseudomonas aeruginosa , Brucella melitensis y Escherichia coli .

A principios de 2018, se habían resuelto varias estructuras de sintasas de malato, incluidas aquellas con códigos de acceso PDB 2GQ3 , 1D8C , 3OYX , 3PUG , 5TAO , 5H8M , 2JQX , 1P7T y 1Y8B . ^{[ 25 ]}