Gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase
| Gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Determinantes da termoestabilidade do encima observados na estrutura molecular da D-gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase de Thermus aquaticus a unha resolución de 2,5 ángstrom. | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | Gp_dh_N | ||||||||
| Pfam | PF00044 | ||||||||
| Pfam clan | CL0063 | ||||||||
| InterPro | IPR020828 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00069 | ||||||||
| SCOPe | 1gd1 / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Estrutura cristalina da gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase de Pyrococcus horikoshii ot3. | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | Gp_dh_C | ||||||||
| Pfam | PF02800 | ||||||||
| Pfam clan | CL0139 | ||||||||
| InterPro | IPR020829 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00069 | ||||||||
| SCOPe | 1gd1 / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
A gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase (tamén escrita gliceraldehido 3-fosfato deshidroxenase, e abreviada como GAPDH ou máis raramente G3PDH) é un encima co Número EC:1.2.1.12 de ~37kDa de masa molecular que cataliza o sesto paso da glicólise, no cal se transforma o gliceraldehido 3-fosfato en 1,3-bisfosfoglicerato, e que é unha das reaccións que serve para degradar a glicosa para obter enerxía e moléculas carbonadas. Ademais desta función metabólica tradicional coñecida desde hai moito tempo, a GAPDH foi recentemente implicada en varios procesos non metabólicos, como a activación da transcrición, iniciación da apoptose,[1] envío de vesículas do retículo endoplasmático ao aparato de Golgi, e transporte axoplásmico ou transporte axonal rápido.[2] O encima está codificado polo xene GAPDH do cromosoma 12 humano.
Función metabólica
[editar | editar a fonte]A gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase (GAPDH) cataliza a conversión do gliceraldehido 3-fosfato a D-1,3-bisfosfoglicerato (tamén chamado glicerato 1,3-bisfosfato). Este é o sesto paso da degradación glicolítica da glicosa, unha das rutas máis importantes para o fornecemento de enerxía e moléculas carbonadas da célula, que ten lugar no citosol. A conversión ten lugar en dous pasos acoplados. O primeiro é favorable e é o que permite que se realice o segundo paso, que é enerxeticamente desfavorable.
Reacción catalizada
[editar | editar a fonte]| gliceraldehido 3-fosfato | gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase | D-1,3-bisfosfoglicerato | |
|
| ||
| NAD+ + Pi | NADH + H+ | ||
| |||
| NAD+ + Pi | NADH + H+ | ||
Conversión en dous pasos do gliceraldehido 3-fosfato
[editar | editar a fonte]A primeira reacción é a oxidación do gliceraldehido 3-fosfato no carbono 1 (o 4º carbono da glicólise que se mostra no diagrama), no cal o grupo aldehido se converte en carboxilo (ΔG°'=-50 kJ/mol (-12kcal/mol)) e o coencima NAD+ se reduce simultaneamente endergonicamente a NADH.
A enerxía liberada por esta reacción de oxidación moi exergónica impulsa a segunda reacción, que é endergónica (ΔG°'=+50 kJ/mol (+12kcal/mol)), na cal se tranfire unha molécula de fosfato inorgánico ao intermediato GAP para formar un produto cun alto potencial de transferencia do fosforilo, o 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG).
Este é un exemplo de fosforilación acoplado coa oxidación, e a reacción global é lixeiramente endergónica (ΔG°'=+6.3 kJ/mol (+1.5)). O acoplamento de enerxía aquí faise posible grazas ao encima GAPDH.
Mecanismo de catálise
[editar | editar a fonte]A GAPDH utiliza a catálise covalente e a catálise básica xeral para diminuír a grande enerxía de activación positiva do segundo paso desta reacción. Primeiro, un residuo de cisteína do centro activo da GAPDH ataca o grupo carbonilo do GAP, creando un intermediato hemitioacetal (catálise covalente). Despois, unha molécula adxacente fortemente unida de NAD+ acepta un ión hidruro da GAP, formando NADH; á vez o GAP é oxidado a un intermediato tioéster utilizando unha molécula de auga. Este tioéster ten unha enerxía moito máis alta que o ácido carboxílico que se orixinaría en ausencia da GAPDH (este ácido carboxílico non permitiría superar facilmente a barreira de enerxía necesaria para realizar a segunda reacción, a fosforilación, polo que a reacción sería moi lenta e o equilibrio demasiado desfavorable como para que fose útil nun organismo vivo). A doazón do ión hidruro polo hemitioacetal está facilitada pola súa desprotonación por un residuo de histidina no centro activo do encima (catálise básica xeral). A desprotonación favorece a reformación do grupo carbonilo no intermediato tioéster e a expulsión do ión hidruro. O NADH abandona o centro activo e é substituído por outra molécula de NAD+, cuxa carga positiva estabiliza o oxíxeno do carbonilo cargado negativamente no estado de transición do seguinte e último paso. Finalmente, unha molécula de fosfato inorgánico ataca o tioéster e forma un intermediato tetraédrico, que despois colapsa liberando 1,3-bisfosfoglicerato, e o grupo tiol do residuo cisteína do encima.
Regulación encimática
[editar | editar a fonte]Esta proteína pode usar o modelo morfeeína de regulación alostérica.[3]
Funcións adicionais
[editar | editar a fonte]A GAPDH, como moitos outros encimas, ten múltiples funcións. Ademais de catalizar o 6º paso da glicólise, as evidencias recentes implican a GAPDH noutros procesos celulares. Na evolución é frecuente que se reutilicen e adapten proteínas xa existentes para unha nova función en troques de que evolucione unha proteína totalmente nova para realizala.
A GAPDH pode tamén ser inhibida polo arseniato, o que inhibe a glicólise nos eritrocitos e causa anemia hemolítica.
Transcrición e apoptose
[editar | editar a fonte]En 2003 descubriuse que a GAPDH pode activar a transcrición xenética. O complexo coactivador transcricional OCA-S contén a GAPDH e a lactato deshidroxenase, dúas proteínas que previamente se pensaba que só interviñan no metabolismo. A GAPDH móvese entre o citosol e o núcleo celular e pode así ligar o estado metabólico coa transcrición de xenes.[4]
En 2005 atopouse que a GAPDH inicia a apoptose. Esta non é unha terceira función, pero pode considerarse unha actividade mediada pola unión da GAPDH ao ADN como na activación da transcrición mencionada antes. O estudo demostrou que a GAPDH é S-nitrosilada polo NO en resposta ao estrés celular, o cal causa que se una á proteína SIAH1, que é unha ubiquitina ligase. O complexo vai ao núcleo onde a SIAH1 se une a proteínas nucleares para a súa degradación, iniciando así un apagado celular controlado.[5] Nun estudo posterior demostrouse que o deprenil, composto que fora utilizado clinicamente para tratar a enfermidade de Parkinson, reduce fortemente a acción apoptótica da GAPDH ao impedir a súa S-nitrosilación e podería ser utilizado como un fármaco.[6]
Interruptor metabólico
[editar | editar a fonte]A GAPDH actúa como un interruptor metabólico reversible en condicións de estrés oxidativo.[7] Cando as células se expoñen a oxidantes, necesitan cantidades excesivas do cofactor antioxidante NADPH. No citosol, o NADPH orixínase por redución do NADP+ realizada por varios encimas, tres deles catalizan os primeiros pasos da vía da pentosa fosfato. Os tratamentos oxidantes causan unha inactivación da GAPDH. Esta inactivación redirixe temporalmente o fluxo metabólico desde a glicólise á vía da pentosa fosfato, o que lle permite á célula xerar máis NADPH.[8] En condicións de estrés, cómpre NADPH para ser utilizado por algúns sistemas antioxidantes como o da glutarredoxina e tiorredoxina e tamén é esencial para a reciclaxe do glutatión.
Transporte de vesículas desde o retículo endoplasmático
[editar | editar a fonte]A GAPDH tamén parece que está implicada na formación de vesículas de transporte que van desde o retículo endoplasmático ao aparato de Golgi, o cal forma parte da ruta de transporte das proteínas que son segregadas. A GAPDH é recrutada pola rab2 nos clusters tubulo-vesiculares do retículo endoplasmático, onde contribúe á formación de vesículas COP 1. A GAPDH é activada por medio da fosforilación da tirosina pola Src.[9]
Localización celular
[editar | editar a fonte]Todos os pasos da glicólise teñen lugar no citosol incluída a reacción catalizada pola GAPDH. As investigacións feitas en eritrocitos indican que a GAPDH e outros varios encimas glicolíticos ensámblanse en complexos no interior da membrana plasmática desas células. O proceso parece estar regulado por fosforilación e oxixenación.[10] O feito de que se sitúen varios encimas glicolíticos próximos uns a outros suponse que incrementa a velocidade global de degradación da glicosa.
Miscelánea
[editar | editar a fonte]Como o xene da GAPDH se expresa xeralmente de forma estable e constitutiva a altos niveis na maioría dos tecidos e células, considérase un xene de "mantemento" (housekeeping). Por esta razón, os investigadores biolóxicos utilizan comunmente a GAPDH como un control de carga na técnica da western blot e como control para a RT-PCR. Porén, informouse de regulacións diferentes da GAPDH en condicións específicas.[11] Por tanto, o uso da GAPDH como control de carga debe ser controlado coidadosamente.
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ Tarze A, Deniaud A, Le Bras M, Maillier E, Molle D, Larochette N, Zamzami N, Jan G, Kroemer G, Brenner C (2007). "GAPDH, a novel regulator of the pro-apoptotic mitochondrial membrane permeabilization". Oncogene 26 (18): 2606–20. PMID 17072346. doi:10.1038/sj.onc.1210074.
- ↑ Zala D, Hinckelmann MV, Yu H, Lyra da Cunha MM, Liot G, Cordelières FP, Marco S, Saudou F (2013). "Vesicular glycolysis provides on-board energy for fast axonal transport". Cell 152 (3): 479–91. PMID 23374344. doi:10.1016/j.cell.2012.12.029.
- ↑ Selwood T, Jaffe EK (2012). "Dynamic dissociating homo-oligomers and the control of protein function". Arch. Biochem. Biophys. 519 (2): 131–43. PMID 22182754. doi:10.1016/j.abb.2011.11.020.
- ↑ Zheng L, Roeder RG, Luo Y (2003). "S phase activation of the histone H2B promoter by OCA-S, a coactivator complex that contains GAPDH as a key component". Cell 114 (2): 255–66. PMID 12887926. doi:10.1016/S0092-8674(03)00552-X.
- ↑ Hara MR, Agrawal N, Kim SF, Cascio MB, Fujimuro M, Ozeki Y, Takahashi M, Cheah JH, Tankou SK, Hester LD, Ferris CD, Hayward SD, Snyder SH, Sawa A (2005). "S-nitrosylated GAPDH initiates apoptotic cell death by nuclear translocation following Siah1 binding". Nat. Cell Biol. 7 (7): 665–74. PMID 15951807. doi:10.1038/ncb1268.
- ↑ Hara MR, Thomas B, Cascio MB, Bae BI, Hester LD, Dawson VL, Dawson TM, Sawa A, Snyder SH (2006). "Neuroprotection by pharmacologic blockade of the GAPDH death cascade". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103 (10): 3887–9. PMC 1450161. PMID 16505364. doi:10.1073/pnas.0511321103.
- ↑ Agarwal AR, Zhao L, Sancheti H, Sundar IK, Rahman I, Cadenas E. "Short-term cigarette smoke exposure induces reversible changes in energy metabolism and cellular redox status independent of inflammatory responses in mouse lungs". Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 10: L889-98 year = 2012. PMID 23064950. doi:10.1152/ajplung.
- ↑ Ralser M, Wamelink MM, Kowald A, Gerisch B, Heeren G, Struys EA, Klipp E, Jakobs C, Breitenbach M, Lehrach H, Krobitsch S (2007). "Dynamic rerouting of the carbohydrate flux is key to counteracting oxidative stress". J. Biol. 6 (4): 10. PMC 2373902. PMID 18154684. doi:10.1186/jbiol61.
- ↑ Tisdale EJ, Artalejo CR (2007). "A GAPDH mutant defective in Src-dependent tyrosine phosphorylation impedes Rab2-mediated events". Traffic 8 (6): 733–41. PMID 17488287. doi:10.1111/j.1600-0854.2007.00569.x.
- ↑ Campanella ME, Chu H, Low PS (2005). "Assembly and regulation of a glycolytic enzyme complex on the human erythrocyte membrane". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (7): 2402–7. PMC 549020. PMID 15701694. doi:10.1073/pnas.0409741102.
- ↑ Barber RD, Harmer DW, Coleman RA, Clark BJ (2005). "GAPDH as a housekeeping gene: analysis of GAPDH mRNA expression in a panel of 72 human tissues". Physiol. Genomics 21 (3): 389–95. PMID 15769908. doi:10.1152/physiolgenomics.00025.2005.
Véxase tamén
[editar | editar a fonte]Outros artigos
[editar | editar a fonte]- GAPDHS, outro encima con EC 1.2.1.12 codificado noutro xene e propio dos testículos
Bibliografía
[editar | editar a fonte]- Voet D, Voet JG (2010). Biochemistry. New York: Wiley. ISBN 0-470-57095-4.
- Stryer, Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. (2002). Biochemistry, Fifth Edition & Lecture Notebook. San Francisco: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-9804-2.
- diagrama do mecanismo de reacción da GAPDH de Lodish MCB no NCBI
- outro diagrama similar de The Cell de Alberts no NCBI
