Tiolasa - Thiolase

Vía del mevalonato

Las tiolasas , también conocidas como acetil-coenzima A acetiltransferasas ( ACAT ), son enzimas que convierten dos unidades de acetil-CoA en acetoacetil CoA en la vía del mevalonato .

Las tiolasas son enzimas ubicuas que tienen funciones clave en muchas vías bioquímicas vitales, incluida la vía de oxidación beta de la degradación de ácidos grasos y varias vías biosintéticas. Los miembros de la familia de las tiolasas se pueden dividir en dos categorías amplias: tiolasas degradantes (EC 2.3.1.16) y tiolasas biosintéticas (EC 2.3.1.9). Estos dos tipos diferentes de tiolasa se encuentran tanto en eucariotas como en procariotas : acetoacetil-CoA tiolasa (EC: 2.3.1.9) y 3-cetoacil-CoA tiolasa (EC: 2.3.1.16). La 3-cetoacil-CoA tiolasa (también llamada tiolasa I) tiene una amplia especificidad de longitud de cadena para sus sustratos y está involucrada en vías degradativas como la beta-oxidación de ácidos grasos. La acetoacetil-CoA tiolasa (también llamada tiolasa II) es específica para la tiolisis de acetoacetil-CoA y está involucrada en vías biosintéticas como la síntesis del ácido beta-hidroxibutírico o la biogénesis de esteroides .

La formación de un enlace carbono-carbono es un paso clave en las vías biosintéticas mediante las cuales se fabrican los ácidos grasos y el policétido . Las enzimas de la superfamilia de tiolasas catalizan la formación de enlaces carbono-carbono mediante un mecanismo de reacción de condensación de Claisen dependiente de tioéster .

Función

Las tiolasas son una familia de enzimas relacionadas evolutivamente . Se encuentran dos tipos diferentes de tiolasa tanto en eucariotas como en procariotas: acetoacetil-CoA tiolasa ( EC 2.3.1.9 ) y 3-cetoacil-CoA tiolasa ( EC 2.3.1.16 ). La 3-cetoacil-CoA tiolasa (también llamada tiolasa I) tiene una amplia especificidad de longitud de cadena para sus sustratos y está involucrada en vías degradativas como la beta-oxidación de ácidos grasos. La acetoacetil-CoA tiolasa (también llamada tiolasa II) es específica para la tiolisis de acetoacetil-CoA y está involucrada en vías biosintéticas como la síntesis de poli beta-hidroxibutirato o la biogénesis de esteroides.

En eucariotas, existen dos formas de 3-cetoacil-CoA tiolasa: una ubicada en la mitocondria y la otra en los peroxisomas.

Hay dos residuos de cisteína conservados importantes para la actividad de la tiolasa. Los primeros ubicados en la sección N-terminal de las enzimas están involucrados en la formación de un intermedio acil-enzima; el segundo ubicado en el extremo C-terminal es la base del sitio activo involucrado en la desprotonación en la reacción de condensación.

Isoenzimas

La proteína de transferencia de lípidos inespecífica de mamíferos (nsL-TP) (también conocida como proteína transportadora de esterol 2 ) es una proteína que parece existir en dos formas diferentes: una proteína de 14 Kd (SCP-2) y una proteína más grande de 58 Kd (SCP- X). El primero se encuentra en el citoplasma o las mitocondrias y participa en el transporte de lípidos; este último se encuentra en los peroxisomas . La parte C-terminal de SCP-x es idéntica a SCP-2 mientras que la parte N-terminal está relacionada evolutivamente con las tiolasas.

Mecanismo

Reacción catalizada por tiolasa

Los tioésteres son más reactivos que los ésteres de oxígeno y son intermediarios comunes en el metabolismo de los ácidos grasos. Estos tioésteres se preparan conjugando el ácido graso con el grupo SH libre del resto panteteína de la coenzima A (CoA) o la proteína portadora de acilo (ACP).

Todas las tiolasas, ya sean biosintéticas o degradantes in vivo, catalizan preferentemente la degradación de 3-cetoacil-CoA para formar acetil-CoA y una especie de acil-CoA acortada, pero también son capaces de catalizar la reacción de condensación inversa de Claisen . Está bien establecido a partir de estudios sobre la tiolasa biosintética de Z. ramigera que la reacción de la tiolasa se produce en dos pasos y sigue una cinética de ping-pong. En el primer paso de las reacciones degradativas y biosintéticas, el Cys89 nucleófilo (o su equivalente) ataca el sustrato acil-CoA (o 3-cetoacil-CoA), lo que lleva a la formación de un intermedio acil-CoA covalente. En el segundo paso, la adición de CoA (en la reacción degradativa) o acetil-CoA (en la reacción biosintética) al intermedio acil-enzima desencadena la liberación del producto de la enzima. Cada uno de los intermedios de reacción tetraédricos que ocurren durante la transferencia de un grupo acetilo hacia y desde la cisteína nucleófila, respectivamente, se ha observado en estructuras cristalinas de rayos X de la tiolasa biosintética de A. fumigatus.

Mecanismo de tiolasa. El mecanismo de ping-pong de dos pasos para la reacción de la tiolasa. Las flechas rojas indican la reacción biosintética; Las flechas negras trazan la reacción degradante. En ambas direcciones, la reacción es iniciada por el ataque nucleofílico de Cys89 sobre el sustrato para formar un intermedio covalente acetil-enzima. Cys89 se activa para el ataque nucleofílico por His348, que extrae el protón sulfuro de Cys89. En el segundo paso de las reacciones biosintéticas y degradativas, el sustrato ataca nucleofílicamente al intermedio acetil-enzima para producir el producto final y la enzima libre. Este ataque nucleofílico es activado por Cys378, que extrae un protón del sustrato.

Estructura

La mayoría de las enzimas de la superfamilia de las tiolasas son dímeros . Sin embargo, no se han observado monómeros. Los tetrametros se observan solo en la subfamilia de las tiolasas y, en estos casos, los dimeros se han dimerizado para convertirse en tetrámeros. La estructura cristalina de la tiolasa biosintética tetramérica de Zoogloea ramigera se ha determinado con una resolución de 2,0 Å. La estructura contiene un llamativo y novedoso motivo de tetramerización en forma de jaula, que permite cierto movimiento de bisagra de los dos dímeros ajustados entre sí. El tetrámero de la enzima se acetila en Cys89 y tiene una molécula de CoA unida en cada uno de sus bolsillos de sitio activo.

Función biológica

En células eucariotas , especialmente en células de mamíferos, las tiolasas exhiben diversidad en la localización intracelular relacionada con sus funciones metabólicas, así como en la especificidad del sustrato. Por ejemplo, contribuyen a la β-oxidación de ácidos grasos en peroxisomas y mitocondrias , al metabolismo de cuerpos cetónicos en las mitocondrias y a los primeros pasos de la vía del mevalonato en peroxisomas y citoplasma . Además de las investigaciones bioquímicas, los análisis de los trastornos genéticos han dejado en claro la base de sus funciones. Los estudios genéticos también han comenzado a revelar las funciones fisiológicas de las tiolasas en la levadura Saccharomyces cerevisiae. La tiolasa tiene una importancia central en las vías enzimáticas clave, como la síntesis de ácidos grasos, esteroides y policétidos. El conocimiento detallado de su biología estructural es de gran relevancia médica, por ejemplo, para una mejor comprensión de las enfermedades causadas por deficiencias genéticas de estas enzimas y para el desarrollo de nuevos antibióticos. Aprovechar la complicada versatilidad catalítica de las policétido sintasas para la síntesis de productos naturales biológica y médicamente relevantes es también una importante perspectiva futura de los estudios de las enzimas de esta superfamilia.

Relevancia de la enfermedad

La deficiencia de acetoacetil-CoA tiolasa mitocondrial, conocida anteriormente como deficiencia de β-cetotiolasa , es un error innato del metabolismo que involucra el catabolismo de isoleucina y el metabolismo de cuerpos cetónicos. Las principales manifestaciones clínicas de este trastorno son la cetoacidosis intermitente, pero las consecuencias clínicas a largo plazo, aparentemente benignas, no están bien documentadas. La deficiencia de acetoacetil-CoA tiolasa mitocondrial se diagnostica fácilmente mediante análisis de ácido orgánico urinario y puede confirmarse mediante análisis enzimático de fibroblastos cutáneos cultivados o leucocitos sanguíneos.

La deficiencia de β-cetotiolasa tiene una presentación variable. La mayoría de los pacientes afectados se presentan entre los 5 y los 24 meses de edad con síntomas de cetoacidosis grave. Los síntomas pueden iniciarse por una carga de proteína en la dieta, una infección o fiebre. Los síntomas progresan desde vómitos hasta deshidratación y cetoacidosis. Puede haber neutropenia y trombocitopenia, al igual que hiperamonemia moderada. La glucosa en sangre suele ser normal, pero puede ser baja o alta en episodios agudos. Puede ocurrir retraso en el desarrollo, incluso antes del primer episodio agudo, y se ha observado necrosis estriatal bilateral de los ganglios basales en la resonancia magnética cerebral .

Referencias

enlaces externos

• Acetil-CoA + C-acetiltransferasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
• Descripción general de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P28790 (3-cetoacil-CoA tiolasa) en el PDBe-KB .
• Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : Q56WD9 (3-cetoacil-CoA tiolasa 2, peroxisomal) en el PDBe-KB .