Transcetolasa
| transcetolasa | |||||||||
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| Identificadores | |||||||||
| N.º CE | 2.2.1.1 | ||||||||
| N.º CAS | 9014-48-6 | ||||||||
| Bases de datos | |||||||||
| IntEnz | Vista de IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Entrada de BRENDA | ||||||||
| Expasí | Vista de NiceZyme | ||||||||
| BARRIL | Entrada de KEGG | ||||||||
| MetaCiclo | vía metabólica | ||||||||
| PRIAMO | perfil | ||||||||
| Estructuras del PDB | RCSB AP APBE APSUMA | ||||||||
| Ontología genética | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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| transcetolasa | |||||||
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| Identificadores | |||||||
| Símbolo | TK | ||||||
| Gen NCBI | 7086 | ||||||
| HGNC | 11834 | ||||||
| OMI | 606781 | ||||||
| Secuencia de referencia | NM_001064 | ||||||
| Protección unificada | P29401 | ||||||
| Otros datos | |||||||
| Número CE | 2.2.1.1 | ||||||
| Lugar | Cr. 3 pág. 14.3 | ||||||
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La transcetolasa (abreviada como TK ) es una enzima que, en los seres humanos, está codificada por el gen TKT . [1] Participa tanto en la vía de las pentosas fosfato en todos los organismos como en el ciclo de Calvin de la fotosíntesis . La transcetolasa cataliza dos reacciones importantes, que operan en direcciones opuestas en estas dos vías. En la primera reacción de la vía no oxidativa de las pentosas fosfato, el cofactor difosfato de tiamina acepta un fragmento de 2 carbonos de una cetosa de 5 carbonos ( D-xilulosa-5-P ), luego transfiere este fragmento a una aldosa de 5 carbonos ( D-ribosa-5-P ) para formar una cetosa de 7 carbonos ( sedoheptulosa-7-P ). La abstracción de dos carbonos de la D-xilulosa-5-P produce la aldosa de 3 carbonos gliceraldehído-3-P . En el ciclo de Calvin, la transcetolasa cataliza la reacción inversa, la conversión de sedoheptulosa-7-P y gliceraldehído-3-P en pentosas, la aldosa D-ribosa-5-P y la cetosa D-xilulosa-5-P.
La segunda reacción catalizada por la transcetolasa en la vía de las pentosas fosfato implica la misma transferencia mediada por difosfato de tiamina de un fragmento de 2 carbonos desde la D-xilulosa-5-P a la aldosa eritrosa-4-fosfato , lo que produce fructosa 6-fosfato y gliceraldehído-3-P. Nuevamente, la misma reacción ocurre en el ciclo de Calvin pero en la dirección opuesta. Además, en el ciclo de Calvin, esta es la primera reacción catalizada por la transcetolasa en lugar de la segunda.
La transcetolasa conecta la vía de las pentosas fosfato con la glucólisis , introduciendo el exceso de fosfatos de azúcar en las principales vías metabólicas de los carbohidratos en los mamíferos. Su presencia es necesaria para la producción de NADPH , especialmente en los tejidos que participan activamente en la biosíntesis, como la síntesis de ácidos grasos por el hígado y las glándulas mamarias , y para la síntesis de esteroides por el hígado y las glándulas suprarrenales . El difosfato de tiamina es un cofactor esencial, junto con el calcio .
La transcetolasa se expresa abundantemente en la córnea de los mamíferos por los queratocitos del estroma y las células epiteliales y se considera que es una de las cristalinas corneales . [2]
Distribución de especies
La transcetolasa se expresa ampliamente en muchos organismos, entre ellos bacterias, plantas y mamíferos. Los siguientes genes humanos codifican proteínas con actividad de transcetolasa:
- TKT (transcetolasa)
- TKTL1 (proteína 1 similar a la transcetolasa)
- TKTL2 (proteína 2 similar a la transcetolasa)
Estructura
La entrada al sitio activo de esta enzima está formada principalmente por varias cadenas laterales de arginina , histidina , serina y aspartato , y una cadena lateral de glutamato desempeña un papel secundario. Estas cadenas laterales, específicamente Arg359, Arg528, His469 y Ser386, se conservan dentro de cada enzima transcetolasa e interactúan con el grupo fosfato de los sustratos donante y aceptor. Debido a que el canal del sustrato es tan estrecho, los sustratos donante y aceptor no pueden unirse simultáneamente. Además, los sustratos se adaptan a una forma ligeramente extendida al unirse en el sitio activo para acomodar este canal estrecho.
Aunque esta enzima puede unirse a numerosos tipos de sustratos, como monosacáridos fosforilados y no fosforilados, incluidos los ceto y aldosúcares fructosa , ribosa , etc., tiene una alta especificidad para la estereoconfiguración de los grupos hidroxilo de los azúcares. Estos grupos hidroxilo en C-3 y C-4 del donante de cetosa deben estar en la configuración D- treo para corresponder correctamente con las posiciones C-1 y C-2 en el aceptor de aldosa . [3] Además, estabilizan el sustrato en el sitio activo al interactuar con los residuos Asp477, His30 e His263. La interrupción de esta configuración, tanto la ubicación de los grupos hidroxilo como su estereoquímica, alterarían en consecuencia el enlace de H entre los residuos y los sustratos, causando así una menor afinidad por los sustratos.
En la primera mitad de esta vía, la His263 se utiliza para abstraer eficazmente el protón hidroxilo C3 , lo que permite que un segmento de 2 carbonos se escinda de la fructosa 6-fosfato . [4] El cofactor necesario para que se produzca este paso es el pirofosfato de tiamina (TPP). La unión del TPP a la enzima no implica un cambio conformacional importante en la enzima; en cambio, la enzima tiene dos bucles flexibles en el sitio activo que hacen que el TPP sea accesible y posibiliten la unión. [3] Por lo tanto, esto permite que el sitio activo tenga una conformación "cerrada" en lugar de un gran cambio conformacional. Más adelante en la vía, la His263 se utiliza como donante de protones para el complejo aceptor de sustrato-TPP, que luego puede generar eritrosa-4-fosfato .
Las cadenas laterales de histidina y aspartato se utilizan para estabilizar eficazmente el sustrato dentro del sitio activo y participar en la desprotonación del sustrato. Para ser más específicos, las cadenas laterales His 263 e His 30 forman enlaces de hidrógeno con el extremo aldehído del sustrato, que está más profundo en el canal del sustrato, y Asp477 forma enlaces de hidrógeno con el grupo hidroxilo alfa en el sustrato, donde funciona para unirse eficazmente al sustrato y verificar la estereoquímica adecuada. También se cree que Asp477 podría tener efectos catalíticos importantes debido a su orientación en el medio del sitio activo y sus interacciones con el grupo hidroxilo alfa del sustrato. Glu418, ubicado en la región más profunda del sitio activo, desempeña un papel crítico en la estabilización del cofactor TPP. Específicamente, está involucrado en la abstracción de protones asistida por cofactor de la molécula de sustrato. [3]
El grupo fosfato del sustrato también desempeña un papel importante en la estabilización del sustrato tras su entrada en el sitio activo. Las estrechas interacciones iónicas y polares entre este grupo fosfato y los residuos Arg359, Arg528, His469 y Ser386 actúan en conjunto para estabilizar el sustrato mediante la formación de enlaces de hidrógeno con los átomos de oxígeno del fosfato. [3] La naturaleza iónica se encuentra en el puente salino formado entre Arg359 y el grupo fosfato.
Mecanismo
La catálisis de este mecanismo se inicia con la desprotonación del TPP en el anillo de tiazolio. Este carbanión se une entonces al carbonilo del sustrato donante, rompiendo así el enlace entre C-2 y C-3. Este fragmento ceto permanece unido covalentemente al carbono C-2 del TPP. El sustrato donante se libera entonces y el sustrato aceptor entra en el sitio activo donde el fragmento, unido al intermediario α-β-dihidroxietil tiamina difosfato, se transfiere al aceptor. [3]
También se han realizado experimentos que prueban el efecto de reemplazar la alanina por los aminoácidos de la entrada del sitio activo, Arg359, Arg528 e His469, que interactúan con el grupo fosfato del sustrato. Esta sustitución crea una enzima mutante con una actividad catalítica deteriorada. [3]
Papel en la enfermedad
La actividad de la transcetolasa disminuye debido a la deficiencia de tiamina, generalmente debido a la desnutrición . Varias enfermedades están asociadas con la deficiencia de tiamina, incluyendo beriberi , enfermedad de los ganglios basales sensible a la biotina-tiamina (BTBGD) , [5] síndrome de Wernicke-Korsakoff y otras (ver tiamina para una lista completa).
En el síndrome de Wernicke-Korsakoff, si bien no se pudo demostrar ninguna mutación, [6] hay una indicación de que la deficiencia de tiamina conduce al síndrome de Wernicke-Korsakoff solo en aquellos cuya transcetolasa tiene una afinidad reducida por la tiamina. [7] De esta manera, la actividad de la transcetolasa se ve muy obstaculizada y, como consecuencia, se inhibe toda la vía de las pentosas fosfato. [8]
En la deficiencia de transcetolasa, también conocida como SDDHD (baja estatura, retraso del desarrollo y defectos cardíacos congénitos), la enfermedad es causada por una mutación autosómica recesiva hereditaria en el gen TKT. Es un trastorno poco frecuente del metabolismo de las pentosas fosfato con síntomas evidentes en la infancia, incluyendo retraso del desarrollo y discapacidad intelectual, retraso o ausencia del habla, baja estatura y defectos cardíacos congénitos. Otras características reportadas incluyen hipotonía, hiperactividad, comportamiento estereotipado, anomalías oftalmológicas, deterioro auditivo y dismorfia facial variable, entre otras. El análisis de laboratorio muestra niveles elevados de polioles plasmáticos y urinarios (eritritol, arabitol y ribitol) y azúcar-fosfatos urinarios (ribosa-5-fosfato y xilulosa/ribulosa-5-fosfato). [9] "Los extractos celulares de los 5 pacientes mostraron una actividad residual de TKT nula o baja. Boyle et al. (2016) sugirieron que la baja actividad de TKT en algunos tejidos, posiblemente de otra proteína con la misma función, podría explicar por qué la deficiencia de TKT es compatible con la vida a pesar de que TKT es una enzima esencial". [10]
Uso diagnóstico
La actividad de la transcetolasa de los glóbulos rojos se reduce en caso de deficiencia de tiamina (vitamina B 1 ), y puede utilizarse en el diagnóstico de la encefalopatía de Wernicke y otros síndromes de deficiencia de B 1 si el diagnóstico es dudoso. [11] Aparte de la actividad enzimática basal (que puede ser normal incluso en estados de deficiencia), la aceleración de la actividad enzimática después de la adición de pirofosfato de tiamina puede ser diagnóstica de deficiencia de tiamina (0-15% normal, 15-25% deficiencia, >25% deficiencia grave). [12]
Referencias
- ^ "TKT Gene - Transketolase". GeneCards . 22 de mayo de 2023 . Consultado el 31 de mayo de 2023 .
- ^ Sax CM, Kays WT, Salamon C, Chervenak MM, Xu YS, Piatigorsky J (noviembre de 2000). "La expresión del gen de la transcetolasa en la córnea está influenciada por factores ambientales y eventos controlados por el desarrollo". Córnea . 19 (6): 833–41. doi :10.1097/00003226-200011000-00014. PMID 11095059. S2CID 7453789.
- ^ abcdef Nilsson U, Meshalkina L, Lindqvist Y, Schneider G (enero de 1997). "Examen de la unión del sustrato en la transcetolasa dependiente de tiamina difosfato mediante cristalografía de proteínas y mutagénesis dirigida al sitio". The Journal of Biological Chemistry . 272 (3): 1864–9. doi : 10.1074/jbc.272.3.1864 . PMID 8999873.
- ^ Wikner C, Nilsson U, Meshalkina L, Udekwu C, Lindqvist Y, Schneider G (diciembre de 1997). "Identificación de residuos catalíticamente importantes en la transcetolasa de levadura". Bioquímica . 36 (50): 15643–9. doi :10.1021/bi971606b. PMID 9398292.
- ^ Tabarki B, Al-Hashem A, Alfadhel M (agosto de 2020). "Enfermedad de los ganglios basales sensibles a la biotina-tiamina". En Adam MP, Ardinger HH, Pagon RA, Wallace SE, Bean LJ, Mirzaa G, Amemiya A, Tabarki B, Al-Hashem A, Alfadhel M (eds.). Reseñas genéticas. Universidad de Washington, Seattle. PMID 24260777.
- ^ McCool BA, Plonk SG, Martin PR, Singleton CK (enero de 1993). "Clonación de ADNc de transcetolasa humana y comparación de la secuencia de nucleótidos de la región codificante en individuos Wernicke-Korsakoff y no Wernicke-Korsakoff". The Journal of Biological Chemistry . 268 (2): 1397–404. doi : 10.1016/S0021-9258(18)54089-8 . PMID 8419340.[ enlace muerto permanente ]
- ^ Blass JP, Gibson GE (diciembre de 1977). "Anormalidad de una enzima que requiere tiamina en pacientes con síndrome de Wernicke-Korsakoff". The New England Journal of Medicine . 297 (25): 1367–70. doi :10.1056/NEJM197712222972503. PMID 927453.
- ^ Cox M, Nelson DR, Lehninger AL (2005). Principios de bioquímica de Lehninger . San Francisco: WH Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.
- ^ "Orphanet: deficiencia de transcetolasa". www.orpha.net . Consultado el 20 de marzo de 2023 .
- ^ "# 617044 - BAJA ESTATURA, RETRASO DEL DESARROLLO Y CARDÍACAS CONGÉNITAS; SDDHD - Títulos alternativos; símbolos - DEFICIENCIA DE TRANSKETOLASA - DEFICIENCIA DE TKT". OMIM - Herencia mendeliana en línea en el hombre . Consultado el 20 de marzo de 2023 .
- ^ Smeets EH, Muller H, de Wael J (julio de 1971). "Un ensayo de transcetolasa dependiente de NADH en hemolizados de eritrocitos". Clinica Chimica Acta; Revista internacional de química clínica . 33 (2): 379–86. doi :10.1016/0009-8981(71)90496-7. hdl : 1874/24761 . PMID: 4330339. S2CID : 34219273.
- ^ Doolman R, Dinbar A, Sela BA (julio de 1995). "Medición mejorada de la actividad de la transcetolasa en la evaluación del "efecto TPP"". Revista Europea de Química Clínica y Bioquímica Clínica . 33 (7): 445–6. PMID 7548453.
