Canalización de metabolitos
Mecanismo en enzimas

La canalización de metabolitos [1] es el paso del producto metabólico intermediario de una enzima directamente a otra enzima o sitio activo sin su liberación en solución. Cuando varias enzimas consecutivas de una vía metabólica canalizan sustratos entre sí, [2] esto se llama metabolón . [3] La canalización puede hacer que una vía metabólica sea más rápida y eficiente de lo que sería si las enzimas se distribuyeran aleatoriamente en el citosol , o prevenir la liberación de intermediarios inestables. [4] También puede proteger a un intermediario de ser consumido por reacciones competitivas catalizadas por otras enzimas.

Mecanismos de canalización

La canalización puede ocurrir de varias maneras. Una posibilidad, que ocurre en el complejo de la piruvato deshidrogenasa , es mediante un sustrato que se une a un brazo flexible que se mueve entre varios sitios activos (poco probable). [5] Otra posibilidad es que dos sitios activos estén conectados por un túnel a través de la proteína y el sustrato se mueva a través del túnel; esto se ve en la triptófano sintasa . [4] Una tercera posibilidad es que una región cargada en la superficie de la enzima actúe como una vía o "autopista electrostática" para guiar un sustrato que tiene la carga opuesta de un sitio activo a otro. Esto se ve en la enzima bifuncional dihidrofolato reductasa - timidilato sintasa . [6] También se ha informado de la canalización de aminoacil-ARNt para la síntesis de proteínas in vivo. [7]

Controversias

Canalización de NADH entre oxidorreductasas

Algunos autores han sostenido que la transferencia directa de NADH de una enzima como producto a otra como sustrato es un fenómeno común. [8] Sin embargo, otros, como Gutfreund y Chock [9] y Pettersson [10] han sostenido que la evidencia experimental es demasiado débil para sustentar tal conclusión. En un estudio más reciente [11], Svedružić y sus colegas concluyen que dicha transferencia directa es un fenómeno real, pero advierten:

Nuestros resultados también muestran que es imposible diseñar experimentos que puedan analizar de manera concluyente la canalización del sustrato en las células si no entendemos los principios moleculares subyacentes y las propiedades de las enzimas relacionadas.

Efectos fisiológicos de la canalización de metabolitos

A veces se ha sugerido, por ejemplo por Ovádi [12], que la canalización de metabolitos disminuye la concentración de metabolitos en solución libre. Sin embargo, también se ha argumentado [13] que no hay un efecto neto sobre la concentración libre en condiciones de estado estacionario, una afirmación que otros cuestionan. [14] Autores más recientes [15] consideran que esta y otras cuestiones sobre la canalización no están resueltas: "La canalización del sustrato in vivo también ha sido un tema de debates aún por resolver", o reconocen que existe un efecto sobre la concentración libre, pero es "generalmente pequeño". [16]

Véase también

Referencias

  1. ^ A esto a veces también se le llama "canalización del sustrato", pero ese nombre es menos específico.
  2. ^ Srere, P. (1972). "¿Existe una organización de las enzimas del ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial?". En Hanson, RW; Mehlman, P. (eds.). Metabolismo energético y regulación de los procesos metabólicos en las mitocondrias . Nueva York: Academic Press. págs. 79–91. ISBN. 978-0124878501.
  3. ^ Srere, PA (1985). "El metabolón". Tendencias en Ciencias Bioquímicas . 10 (3): 109–110. doi :10.1016/0968-0004(85)90266-X.
  4. ^ ab Huang X, Holden HM, Raushel FM (2001). "Canalización de sustratos e intermediarios en reacciones catalizadas por enzimas". Annu. Rev. Biochem . 70 : 149–80. doi :10.1146/annurev.biochem.70.1.149. PMID  11395405.
  5. ^ Perham RN (2000). "Brazos oscilantes y dominios oscilantes en enzimas multifuncionales: máquinas catalíticas para reacciones de múltiples pasos". Annu. Rev. Biochem . 69 : 961–1004. doi :10.1146/annurev.biochem.69.1.961. PMID  10966480.
  6. ^ Miles EW , Rhee S, Davies DR (abril de 1999). "La base molecular de la canalización del sustrato". J. Biol. Chem . 274 (18): 12193–6. doi : 10.1074/jbc.274.18.12193 . PMID  10212181.
  7. ^ Negrutskii BS; Deutscher MP (1991). "Canalización de aminoacil-ARNt para la síntesis de proteínas in vivo". Proc. Natl. Sci. EE. UU . . 88 (11): 4991–5. Bibcode :1991PNAS...88.4991N. doi : 10.1073/pnas.88.11.4991 . PMC 51793 . PMID  2052582. 
  8. ^ Spivey, HO; Ovádi, J. (1999). "Canalización del sustrato". Métodos . 19 (2): 306–321. doi :10.1006/meth.1999.0858. PMID  10527733.
  9. ^ Gutfreund, H; Chock, PB (1991). "Canalización de sustrato entre enzimas glucolíticas: realidad o ficción". J. Theor. Biol . 152 (1): 117–121. Bibcode :1991JThBi.152..117G. doi :10.1016/S0022-5193(05)80524-7. PMID  1753754.
  10. ^ Pettersson, G. (1991). "No hay evidencia convincente disponible de la canalización de metabolitos entre enzimas que forman complejos dinámicos". J. Theor. Biol . 152 (1): 65–69. Bibcode :1991JThBi.152...65P. doi :10.1016/S0022-5193(05)80512-0. PMID  1753770.
  11. ^ Svedružić, ZM; Odorčić, I.; Chang, CH; Svedružić, D. (2020). "Canalización del sustrato a través de un complejo proteína-proteína transitorio: el caso de la D-gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa y la L-lactato deshidrogenasa". Scientific Reports . 10 (1): 10404. doi :10.1038/s41598-020-67079-2. PMC 7320145 . PMID  32591631. 
  12. ^ Ovádi, Judit (1991). "Importancia fisiológica de la canalización metabólica". J. Theor. Biol . 152 (1): 1–22. Bibcode :1991JThBi.152....1O. doi :10.1016/S0022-5193(05)80500-4. PMID  1753749.
  13. ^ Cornish-Bowden, A.; Cárdenas, ML (1993). "La canalización puede afectar las concentraciones de intermediarios metabólicos en flujo neto constante: ¿artefacto o realidad?". Eur. J. Biochem . 213 (1): 87–92. doi : 10.1111/j.1432-1033.1993.tb17737.x . ISSN  0014-2956. PMID  8477736.
  14. ^ Mendes, P.; Kell, DB; Westerhoff, HV (1996). "Por qué y cuándo la canalización puede reducir el tamaño del depósito con un flujo neto constante en un canal dinámico simple". Biochim. Biophys. Acta . 1289 (2): 175–186. doi :10.1016/0304-4165(95)00152-2. ISSN  0304-4165. PMID  8600971.
  15. ^ Kuzmak, A.; Carmali, S.; von Lieres, E.; Russell, AJ; Kondrat, S. (2019). "¿Puede la proximidad enzimática acelerar las reacciones en cascada?". Sci. Rep . 9 (1): 455. Bibcode :2019NatSR...9..455K. doi :10.1038/s41598-018-37034-3. ISSN  2045-2322. PMC 6345930 . PMID  30679600. 
  16. ^ Pareek, V.; Sha, S.; He, J.; Wingreen, NS; Benkovic, SJ (2021). "Canalización metabólica: predicciones, deducciones y evidencia". Mol. Cell . 81 (18): 3775–3785. doi :10.1016/j.molcel.2021.08.030. ISSN  1097-2765. PMC 8485759. PMID 34547238  . 
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