sacarosa-fosfato sintasa

La sacarosa-fosfato sintasa ( SPS ) es una enzima vegetal involucrada en la biosíntesis de sacarosa . Específicamente, esta enzima cataliza la transferencia de un grupo hexosilo de la uridina difosfato glucosa ( UDP-glucosa ) a la D - fructosa 6-fosfato para formar UDP y D-sacarosa-6-fosfato. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Este paso reversible actúa como el punto de control regulatorio clave en la biosíntesis de sacarosa y es un excelente ejemplo de diversas estrategias clave de regulación enzimática, como el control alostérico y la fosforilación reversible . ^{[ 3 ]}

Esta enzima participa en el metabolismo del almidón y la sacarosa . ^{[ 2 ]}

Esta enzima pertenece a la familia de las glucosiltransferasas , específicamente a las hexosiltransferasas . El nombre sistemático de esta clase de enzimas es UDP-glucosa:D-fructosa 6-fosfato 2-alfa-D-glucosiltransferasa. Otros nombres de uso común incluyen UDP-glucosa-fructosa-fosfato glucosiltransferasa, sacarosafosfato-UDP glucosiltransferasa, UDP-glucosa-fructosa-fosfato glucosiltransferasa, SPS, uridina difosfoglucosa-fructosa fosfato glucosiltransferasa, sacarosa 6-fosfato sintasa, sacarosa fosfato sintetasa y sacarosa fosfato-uridina difosfato glucosiltransferasa.

Los estudios de difracción de rayos X han revelado que la estructura de la SPS de Halothermothrix orenii pertenece a la familia de pliegues GT-B. ^{[ 1 ]} Al igual que otras proteínas GT-B, la SPS contiene dos dominios de pliegue Rossmann denominados dominio A y dominio B. ^{[ 4 ]} En general, la estructura de estos dominios es bastante similar, ya que ambos contienen láminas beta centrales rodeadas de hélices alfa . Sin embargo, el dominio A consta de ocho hebras beta paralelas y siete hélices alfa, mientras que el dominio B contiene seis hebras beta paralelas y nueve hélices alfa. Estos dominios están unidos por bucles de residuos para formar una hendidura de unión al sustrato , donde se une el grupo aceptor de glucosilo. ^{[ 1 ]}

Aunque H. orenii es una bacteria no fotosintética , diversos estudios indican que la estructura de su SPS es similar a la de la SPS vegetal. En primer lugar, los anticuerpos con alta especificidad para la SPS vegetal también se dirigen a la SPS bacteriana, lo que indica que la estructura está suficientemente conservada como para que el anticuerpo reconozca la enzima como un antígeno. Además, estudios genómicos revelan que homólogos vegetales estrechamente relacionados presentan hasta un 54 % de identidad de secuencia. ^{[ 1 ]}

En la conformación abierta de la SPS de H. orenii , la fructosa 6-fosfato forma enlaces de hidrógeno con los residuos Gly-33 y Gln-35 en el dominio A, mientras que la UDP-glucosa interactúa con el dominio B. Los estudios de estructuras cristalinas revelan que, tras la unión, los dos dominios giran para estrechar la entrada de la hendidura de unión del sustrato de 20 Å a 6 Å. En esta conformación cerrada, el residuo Gly-34 del dominio A interactúa con la UDP-glucosa y obliga al sustrato a adoptar una estructura plegada, facilitando la donación del grupo hexosilo. ^{[ 4 ]}

Tras la unión, la fructosa 6-fosfato interactúa con el UDP mediante un enlace de hidrógeno, lo que reduce la energía de activación de la reacción y estabiliza el estado de transición . Finalmente, el átomo C1 de la UDP-glucosa sufre un ataque nucleofílico por parte de un átomo de oxígeno de la fructosa 6-fosfato, lo que resulta en la transferencia del grupo glucosilo a la fructosa 6-fosfato. Actualmente se desconoce si este mecanismo requiere un ion divalente, pero los intentos fallidos de atrapar y detectar la presencia del catión magnesio sugieren que este mecanismo es independiente de iones metálicos. ^{[ 1 ] [ 4 ]}

La SPS desempeña un papel fundamental en la distribución del carbono entre la sacarosa y el almidón en los tejidos fotosintéticos y no fotosintéticos , afectando el crecimiento y desarrollo de la planta. ^{[ 2 ] [ 8 ] [ 9 ]} En los frutos en maduración, la SPS es responsable de convertir el almidón en sacarosa y otros azúcares solubles. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} Además, la SPS también está activa en las células que degradan principalmente la sacarosa, participando en ciclos fútiles que permiten grandes y rápidos cambios en el flujo de sacarosa . ^{[ 3 ]}

A bajas temperaturas, aumentan la actividad de la SPS y las tasas de biosíntesis de sacarosa. La acumulación de sacarosa es ventajosa a bajas temperaturas, ya que la sacarosa es una forma de almacenamiento de energía que puede metabolizarse rápidamente para fines respiratorios. Además, mayores cantidades de sacarosa pueden ayudar a la planta a resistir la congelación. ^{[ 13 ]}