| enzima NADP-malik | |
|---|---|
| Identificadores | |
| Código KF | 1.1.1.40 |
| número CAS | 9028-47-1 |
| Bases de datos de enzimas | |
| IntEnz | vista IntEnz |
| BRENDA | entrada BRENDA |
| ExPASy | Vista de NiceZyme |
| metaciclo | camino metabólico |
| kegg | entrada KEGG |
| PRIAM | perfil |
| Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Ontología de genes | AmiGO • EGO |
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| PMC | artículos |
| PubMed | artículos |
| NCBI | Proteínas NCBI |
| CAS | 9028-47-1 |
La descarboxilación malato deshidrogenasa dependiente de NADP o enzima NADP-málico ( NADP-ME ) es una enzima que cataliza una reacción química en presencia de iones metálicos divalentes:
(S)-malato + NADP + -> piruvato + CO 2 + NADPHLa enzima utiliza (S)-malato y NADP + como sustrato , la reacción produce piruvato , dióxido de carbono y NADPH . Durante la reacción, el malato se oxida a piruvato y CO 2 , y el NADP + se reduce a NADPH.
La enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , o mejor dicho, a enzimas que interaccionan con el grupo CH-OH del donante, y utilizan NAD + o NADP + como aceptor . El nombre sistemático de esta enzima es: (S)-malato: NADP + oxidorreductasa (oxalacetato descarboxilasa) . La malato deshidrogenasa está involucrada en el metabolismo del piruvato y el secuestro de carbono . La enzima NADP-malik es una de las tres enzimas de descarboxilación involucradas en la concentración de carbono inorgánico en plantas C 4 y CAM . También se incluyen en esta clase la enzima NAD-malik y la PEP-carboxiquinasa . [1] Aunque a menudo predomina una de las tres descarboxilasas fotosintéticas, también puede ocurrir la activación simultánea de la actividad de las tres enzimas [3] .
Sobre la base de datos cristalográficos de la enzima málica dependiente de NADP homóloga de mamíferos, se desarrolló un modelo 3D de NADP-ME implicado en la vía C4 en plantas para identificar los principales residuos responsables de la unión al sustrato durante la catálisis. El sitio de unión de NADP + incluye dos motivos ricos en glicina , GXGXXG, un surco hidrófobo con al menos seis residuos de aminoácidos y un residuo cargado negativamente al final de la cadena ß. [4] [5] La secuencia primaria del primer motivo, 240 GLGDLG 245 , es un marcador de consenso para la unión de fosfato, lo que sugiere la participación de NADP + en la unión, otros motivos ricos en glicina adoptan el clásico pliegue de Rossmann , también un marcador típico de Unión del cofactor NADP . [6]
Las plantas de maíz deficientes en NADP-ME obtenidas por mutagénesis artificial confirman el modelo biológico molecular propuesto. La sustitución de valina por glicina en cualquier parte del motivo conduce a la inactivación completa de la enzima. Al mismo tiempo, el análisis espectral no muestra diferencias significativas con la forma de tipo salvaje. Los datos indican alteraciones en el residuo principal involucrado en la unión y la catálisis, y no en el residuo interdominio que afecta la estabilidad conformacional. El residuo de arginina en la posición 237 juega un papel importante , interactuando con malato y NADP + , está involucrado en la formación de interacción electrostática con el grupo carboxilo cargado negativamente del ácido y el grupo fosfato del nucleótido. No se sabe si este residuo juega un papel importante en las interacciones de unión al sustrato o determina la posición del sustrato durante la catálisis. [7] Se supone que el residuo de lisina en la posición 255 actúa como base catalítica . Sin embargo, se necesitan más estudios para establecer con precisión su papel bioquímico.
Si consideramos esta clase de enzimas en general, las enzimas malik se encuentran en muchos organismos eucariotas (desde hongos hasta mamíferos). Se muestra la localización de enzimas a nivel subcelular. La enzima Malik está presente en el citosol , las mitocondrias y los cloroplastos . En particular, en plantas C4 , NADP-ME se localiza en los cloroplastos de las células que cubren el haz conductor .
Durante la fotosíntesis de C 4 , una ruta bioquímica que surgió para concentrar el CO 2 en el sitio de su fijación RuBisCO , el dióxido de carbono ingresa a las células del mesófilo y forma oxaloacetato . Luego, el oxalacetato se reduce a malato. El malato se transporta a las células de revestimiento, donde se descarboxila con la participación de NADP-ME. Dado que el malato ingresa a una célula de la vaina desde varias células del mesófilo, el resultado es una concentración de dióxido de carbono en el sitio de su fijación RuBisCo . [ocho]
El papel de NADP-ME en la concentración de dióxido de carbono se confirma mediante un estudio realizado en plantas transgénicas. Las plantas transgénicas con pérdida parcial de la función NADP-ME (40 % de la actividad NADP-ME de tipo salvaje) mostraron una disminución significativa en la fijación de CO 2 incluso a niveles altos de dióxido de carbono intercelular. Esto indica la importancia de NADP-ME en la regulación del flujo de carbono hacia el ciclo de Calvin .
Se ha demostrado que la expresión de NADP-ME está regulada por factores de estrés abiótico . Las plantas CAM en condiciones de sequía se caracterizan por el cierre de estomas para evitar la pérdida de agua por evaporación , lo que conduce a la falta de CO2 . Este proceso se ve compensado por el hecho de que el cierre de los estomas activa la traducción de NADP-ME, que a su vez, durante períodos cortos de absorción de CO2 , aumenta la eficiencia de la absorción de CO2, lo que permite que se produzca la fijación de carbono .
Además de la regulación a largo plazo de la enzima a través de cambios en la expresión génica, existe una regulación a corto plazo que puede estar mediada por mecanismos alostéricos . Se ha demostrado que para la inhibición parcial del sustrato C4NADP -ME , el malato presumiblemente debe tener dos sitios de unión independientes: uno en el sitio activo y el segundo es alostérico. Sin embargo, el efecto inhibitorio depende del pH y aparece solo a pH = 7, pero no a 8. La observación del cambio en la actividad enzimática dependiendo del cambio en el pH es consistente con la hipótesis de que NADP-ME está activo durante la fotosíntesis : las reacciones de luz conducen a un aumento de la basicidad en el estroma del cloroplasto : la localización de NADP-ME, lo que conduce a una disminución del efecto inhibidor del malato en NADP-ME, lo que contribuye a un aumento de la reactividad de la enzima. Por el contrario, la ralentización de las reacciones a la luz conduce a un aumento de la acidez del medio en el estroma, lo que provoca la inhibición de NADP-ME por parte del malato. La necesidad de un mecanismo regulador se explica por el hecho de que las reacciones del ciclo de Calvin requieren productos de alta energía de la fase ligera , NADPH y ATP , y, en consecuencia, el proceso de acumulación de CO 2 sin estos productos no es útil.
Para esta proteína, se puede utilizar el modelo de morfina de regulación alostérica .
La enzima NADP-malik, como todas las demás descarboxilasas C4 , no se desarrolló de novo para ayudar en la fijación de CO2 por parte de RuBisCo . Lo más probable es que NADP-ME se haya transformado a partir de la especie C 3 durante la fotosíntesis , pero también es posible un origen anterior a partir de un ancestro citosólico antiguo . En el citosol , la enzima existía como una serie de isoformas "domésticas" diseñadas para realizar varias funciones, incluido el mantenimiento de los niveles de malato durante la hipoxia , la eliminación de microsporas y la protección contra patógenos . En cuanto al mecanismo de evolución, se cree que la funcionalidad de C4 fue causada por un error dentro de las regiones promotoras en la duplicación del gen, lo que llevó a su sobreexpresión en la región codificante de las células de la vaina, dando lugar a una neofuncionalización . La elección a favor de mantener la función de fijación de CO 2 , así como una mayor utilización de agua y nitrógeno en condiciones de estrés, se debió a la presión evolutiva.
Se ha establecido que en el curso de la evolución, la enzima adquirió varias características funcionales clave, en particular: mayor actividad catalítica, estructura tetramérica y la capacidad de inhibición dependiente del pH por su propio sustrato, el malato [9] . La mutagénesis dirigida al sitio , junto con la resolución de la estructura cristalina de C 4 -NADP-ME de sorgo y maíz , permitió la identificación de una serie de residuos de aminoácidos que proporcionan estas funciones: