El complejo α - cetoácido deshidrogenasa de cadena ramificada ( abreviado complejo BCKDC o BCKDH ) es un complejo multienzimático localizado en la membrana interna de las mitocondrias [1 ] . Este complejo cataliza la reacción de descarboxilación oxidativa de α-cetoácidos ramificados de cadena corta de carbono. El complejo deshidrogenasa es estructuralmente similar al complejo piruvato deshidrogenasa.y complejos de α-cetoglutarato deshidrogenasa, formando junto con ellos una familia de enzimas mitocondriales implicadas en la descarboxilación oxidativa de los α-cetoácidos.
En tejidos animales y humanos, este complejo cataliza la etapa irreversible [2] de degradación de los aminoácidos de cadena ramificada (BCAA) — L- isoleucina , L - valina y L- leucina , afectando a sus derivados desaminados (L-2-ceto- 3-metilvalerato, 2-cetoisovalerato y 2-cetoisocaproato, respectivamente), y convertirlos en ésteres de CoA: α-metilbutiril-CoA, isobutiril-CoA e isovaleril-CoA, respectivamente [3] [4] [5] [6] . En las bacterias, este complejo enzimático participa en la síntesis de ácidos grasos ramificados de cadena larga [7] . En las plantas, participa en la síntesis de hidrocarburos ramificados de cadena larga.
Este complejo consta de tres subunidades enzimáticas (E 1 , E 2 y E 3 ). Utilizan las siguientes coenzimas en catálisis: pirofosfato de tiamina, lipoato, coenzima A, FAD (grupo prostético) y NAD + .
| Enzimas | Reducción | |
| 3-Metil-2-oxobutanoato deshidrogenasa Plantilla: N° CE : descarboxilasa |
E1 | Pirofosfato de tiamina (TPP) |
| Plantilla de dihidrolipoiltransacilasa : N° CE : aciltransferasa |
E2 | Lipoamida / Dihidrolipoamida Coenzima A (CoA-SH) |
| Plantilla de dihidrolipoil deshidrogenasa : N° CE : oxidorreductasa |
E3 | Dinucleótido de flavina y adenina (FAD) Dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD + ) |
La subunidad E 1 - 3-metil-2-oxobutanoato deshidrogenasa o deshidrogenasa de α-cetoácidos ramificados (EC 1.2.4.4) utiliza pirofosfato de tiamina (TPP) como coenzima. E 1 cataliza tanto la descarboxilación del α-cetoácido como la subsiguiente acilación reductora del resto lipoílo (otro cofactor catalítico) unido covalentemente a E 2 .
La subunidad E 2 (EC 2.3.1.168) es una deshidrolipoil transacilasa que cataliza la transferencia de un grupo acilo de un grupo lipoílo a una molécula de coenzima A (cofactor estequiométrico) [8] .
La subunidad E 3 o deshidrolipoil deshidrogenasa (EC 1.8.1.4) es una flavoproteína y reoxida residuos de lipoil azufre E 2 reducido utilizando FAD (cofactor catalítico) como agente oxidante. El FAD luego dona protones y electrones a NAD + (un cofactor estequiométrico) para completar el ciclo de reacción.
Como se mencionó anteriormente, la función principal del complejo deshidrogenasa en los mamíferos es catalizar el paso irreversible en el catabolismo de BCAA. Sin embargo, BCKDC tiene una especificidad relativamente amplia, oxidando también 4-metiltio-2-oxobutirato y 2-oxobutirato a tasas comparables y con valores de Km similares a los de sus sustratos de aminoácidos de cadena ramificada [9] . BCKDC también oxidará el piruvato, pero a un ritmo tan lento, esta reacción secundaria tiene muy poca importancia fisiológica [10] [11] .
El mecanismo de reacción es el siguiente [12] . Tenga en cuenta que cualquiera de varios α-cetoácidos de cadena ramificada se puede utilizar como material de partida; en este ejemplo, se eligió arbitrariamente α-cetoisovalerato como sustrato del complejo deshidrogenasa.
NOTA. Las etapas 1 y 2 tienen lugar en el dominio E 1 .
Paso 1 : el α-cetoisovalerato se combina con el pirofosfato de tiamina (TPP) y luego se descarboxila.
Etapa 2 : el 2-metiltilpropanol-TPF se oxida con la formación de un grupo acilo mientras se transfiere al cofactor lipoilo de la subunidad E 2 . Tenga en cuenta que TPF se regenera.
NOTA: El brazo de lipoilo acilado ahora deja E 1 y se mueve al sitio activo E 2 donde ocurre el paso 3.
Etapa 3 : En la subunidad E 2 , el grupo acilo se transfiere a la molécula de coenzima A.
NOTA: El brazo de lipoilo reducido ahora pasa a la subunidad E 3 donde ocurren los pasos 4 y 5.
Paso 4 : Oxidación del resto lipoílo con la coenzima FAD, como se muestra en la figura.
Paso 5 : Reoxidación de moléculas FADH 2 a FAD para formar NADH:
FADH 2 + NAD + = FAD + NADH•H
La deficiencia de cualquiera de las enzimas de este complejo, así como la inhibición del complejo en su conjunto, conduce a la acumulación en el organismo de aminoácidos de cadena ramificada y sus derivados, en particular cetoácidos, que conducen a la patología conocida como arce. enfermedad del jarabe o leucinosis . Los cetoácidos imparten un olor dulce específico (similar al caramelo o al azúcar quemada) a las secreciones corporales (como el cerumen y la orina), de ahí el nombre de la enfermedad [13] . La enfermedad se hereda de forma autosómica recesiva y pertenece a las denominadas enfermedades huérfanas (raras).
Este complejo enzimático es un autoantígeno (antígeno propio, que ha adquirido especificidad extraña), reconocido en la cirrosis biliar primaria, una forma aguda de insuficiencia hepática. Los anticuerpos parecen reconocer la proteína oxidada resultante de las respuestas inmunitarias inflamatorias. Algunas de estas respuestas inflamatorias se han atribuido a la sensibilidad al gluten [14] . Otros autoantígenos mitocondriales incluyen la piruvato deshidrogenasa y la oxoglutarato deshidrogenasa de cadena ramificada, que son antígenos reconocidos por los anticuerpos antimitocondriales (AMA).
Las mutaciones del gen BCKDK , cuyo producto normalmente regula el funcionamiento del complejo, pueden causar un aumento de su actividad, lo que lleva a una deficiencia de aminoácidos de cadena ramificada. La enfermedad se describió por primera vez en 2012 con el nombre de " Deficiencia de ceto deshidrogenasa quinasa de cadena ramificada ". [15] Los pacientes tienen retraso en el desarrollo , síntomas autistas y ataques epilépticos .