Carbamoil fosfato sintetasa I

La carbamoil fosfato sintetasa I ( CPS I ) es una enzima ligasa ubicada en las mitocondrias que participa en la producción de urea . La carbamoil fosfato sintetasa I (CPS1 o CPSI) transfiere una molécula de amoníaco a una molécula de bicarbonato que ha sido fosforilada por una molécula de ATP. El carbamato resultante se fosforila luego con otra molécula de ATP. La molécula resultante de carbamoil fosfato sale de la enzima.

En E. coli, la única CPS que lleva a cabo las funciones de CPSI y CPSII es un heterodímero con una subunidad pequeña y una subunidad más grande con un tamaño de aproximadamente 382 y 1073 residuos de aminoácidos, aunque en los mamíferos (y otros vertebrados) la proteína CPSI está codificada por un solo gen. ^[1] La subunidad pequeña contiene un sitio activo para la unión y desaminación de la glutamina para producir amoníaco y glutamato. La subunidad grande contiene dos sitios activos, uno para la producción de carboxifosfato y el otro para la producción de carbamoil fosfato. ^{[2] [3]} Dentro de la subunidad grande hay dos dominios (B y C), cada uno con un sitio activo de la familia ATP-grasp . ^[1] Conectando las dos subunidades hay una especie de túnel, que dirige el amoníaco desde la subunidad pequeña a la subunidad grande. ^[4]

La reacción general que ocurre en CPSI es:

2ATP + HCO ₃ ⁻ + NH ₄ ⁺ → 2ADP + Fosfato de carbamoilo + P _i ^[4]

Se puede pensar que esta reacción ocurre en tres pasos distintos. ^[5]

1. El bicarbonato se fosforila para formar carboxifosfato.
2. El amoniaco ataca al carboxifosfato, dando lugar al carbamato.
3. El carbamato se fosforila para dar fosfato de carbamoilo.

Esta sección necesita ser ampliada . Puedes ayudar agregándole algo. ( Noviembre 2013 )

La CPSI está regulada por el N -acetilglutamato , que actúa como un activador alostérico obligado de la CPS1. La NAG, al unirse al dominio L4, desencadena cambios en el bucle A y en Arg1453 que dan lugar a interacciones cambiantes con el bucle T′ del dominio L3, que se reorganiza completamente desde una horquilla β en la forma apo a un bucle ensanchado en la forma unida al ligando. En esta última forma, el bucle T′ interactúa también con el bucle túnel y el bucle T del dominio L1, transfiriendo así la información activadora al dominio fosforilador de bicarbonato. Esta interacción con la NAG y una segunda interacción, con un nucleótido, estabilizan la forma activa de la CPSI. ^{[n 1]} La necesidad de este ligando también conecta la alta concentración de nitrógeno, reflejada en el exceso de glutamato y arginina para producir NAG, con un aumento de la actividad de la CPSI para eliminar este exceso.

La CPSI desempeña un papel vital en el metabolismo de las proteínas y el nitrógeno. Una vez que el amoníaco ha llegado a las mitocondrias a través de la glutamina o el glutamato, la función de la CPSI es añadir el amoníaco al bicarbonato junto con un grupo fosfato para formar el carbamoilfosfato. El carbamoilfosfato se incorpora entonces al ciclo de la urea para crear finalmente urea. La urea puede entonces transferirse de nuevo al torrente sanguíneo y a los riñones para su filtración y de allí a la vejiga para su excreción. ^[6]

El principal problema relacionado con la CPSI es de tipo genético. En ocasiones, el organismo no produce suficiente CPSI debido a una mutación en el código genético, lo que da lugar a un metabolismo deficiente de las proteínas y el nitrógeno, así como a niveles elevados de amoníaco en el organismo. Esto es peligroso porque el amoníaco es muy tóxico para el organismo, especialmente para el sistema nervioso , y puede provocar discapacidad intelectual y convulsiones .

• Entrada de GeneReviews/NCBI/NIH/UW sobre descripción general de los trastornos del ciclo de la urea
• Carbamoil-fosfato+sintasa+(amoniaco) en los encabezados de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.