Triosa-fosfato isomerase

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Triosa-fosfato isomerase
TriosePhosphateIsomerase Ribbon pastel trans.png
Vista lateral do monómero da triosa-fosfato isomerase co sitio activo na parte central superior.
Identificadores
Número EC 5.3.1.1
Número CAS 9023-78-3
Bases de datos
IntEnz vista de IntEnz
BRENDA entrada de BRENDA
ExPASy vista de NiceZyme
KEGG entrada de KEGG
MetaCyc vía metabólica
PRIAM perfil
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Gene Ontology AmiGO / EGO

A triosa-fosfato isomerase (TPI ou TIM, tamén escrita triosa fosfato isomerase ou triosafosfato isomerase) é un encima do grupo das isomerases co Número EC:5.3.1.1 que cataliza a interconversión reversible entre as dúas triosas fosfato isómeras, que son a dihidroxiacetona fosfato e o D-gliceraldehido 3-fosfato. Intervén na glicólise e gliconeoxénese.

Dihidroxiacetona fosfato triosa-fosfato isomerase D-Gliceraldehido 3-fosfato
Glycerone-phosphate wpmp.png   D-glyceraldehyde-3-phosphate wpmp.png
Biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.png
 
  triosa-fosfato isomerase

A triosa-fsofato isomerase xoga un importante papel na glicólise e é esencial para unha produción de enerxía eficiente. A triosa-fosfato isomerase atopouse en case todos os organismos en que se procurou, incluíndo animais como os mamíferos e os insectos e en fungos, plantas, e bacteriaa. Porén, algunhas bacterias que non realizan a glicólise, como Ureaplasma, carecen deste encima.

Nos humanos, as deficiencias en triosa-fosfato isomerase están asociadas cun trastorno neurolóxico grave progresivo chamado deficiencia de triosa-fosfato isomerase, que está caracterizada por unha anemia hemolítica crónica. Aínda que hai varias mutacións que causan esta doenza, a maioría inclúe unha mutación no ácido glutámico na posición 104 que cambia a ácido aspártico.[1]

A triosa-fosfato isomerase é un encima moi eficiente, que realiza a súa reacción miles de millóns de veces máis rápido do que ocorrería naturalmente en solución sen encima. A reacción é tan eficiente que se di que é perfecta cataliticamente, é dicir, está limitada só pola velocidade con que o substrato pode difundir dentro e fóra do centro activo do encima.[2][3]

Mecanismo[editar | editar a fonte]

O mecanismo catalítico implica a formación dun intermediato "enediol". A enerxía libre relativa de cada estado basal e estado de transición foi determinada experimentalmente, e móstrase na figura.[2]

Cambios na enerxía libre na triosa-fosfato isomerase.

A estrutura da triosa-fosfato isomerase facilita a conversión entre a dihidroxiacetona fosfato (DHAP) e o gliceraldehido 3-fosfato (GAP). O residuo glutamato 165 nucleofílico da triosa-fosfato isomerase desprotona o substrato,[4] e o residuo de histidina 95 electrofílico doa un protón para formar o intermediato enediol.[5][6] Cando se desprotona, o enediolato colápsase e, tomando un protón do glutamato 165 protonado, forma o produto gliceraldehido 3-fosfato. A catálise da reacción inversa procede analogamente, formando o mesmo enediol pero con colapso do enediolato desde o oxíxeno en C2.[7]

A triosa-fosfato isomerase está limitada pola difusión. En termos termodinámicos, a formación de dihidroxiacetona fosfato está favorecida nunha proporción de 20:1 sobre a produción de gliceraldehido 3-fosfato.[8] Porén, na glicólise o uso do gliceraldehido 3-fosfato nos seguintes pasos da ruta fai que a reacción se incline cara á súa produción. A triosa-fosfato isomerase é inhibida polos ións sulfato, fosfato, e arseniato, que se unen ao centro activo.[9] Outros inhibidores son o 2-fosfoglicolato, un análogo do estado de transición, e o D-glicerol 1-fosfato, un análogo do substrato.[10]

Estrutura[editar | editar a fonte]

Triosa-fosfato isomerase
Identificadores
Símbolo TIM
Pfam PF00121
Pfam clan CL0036
InterPro IPR000652
PROSITE PDOC00155
SCOP 1tph
SUPERFAMILY 1tph
Vista lateral do dímero da triosa-fosfato isomerase.

A triosa-fosfato isomerase é unha proteína dímera formada por dúas subunidades idénticas, cada unha das cales está formada por uns 250 residuos de aminoácidos. A estrutura tridimensional de cada subunidade presenta oito hélices α na parte externa e oito cadeas β paralelas no interior. Na ilustración, o modelo de fitas de cada subunidade está coloreado con cor degradada do azul ao vermello desde o N-terminal ao C-terminal. Este motivo estrutural denomínase barril αβ, ou barril TIM. O centro activo deste encima está no centro do barril. No mecanismo catalítico están implicados un residuo de ácido glutámico e unha histidina. A secuencia arredor dos residuos do centro activo está conservada en todas as triosas-fosfato isomerases coñecidas.

A estrutura da triosa-fosfato isomerase contribúe á súa función. Ademais dos residuos de glutamato e histidina situados con precisión para formar o enediol, ten unha cadea de dez ou once aminoácidos que actúa como un bucle que estabiliza o intermediato. O bucle, formado polos residuos 166 ao 176, péchase e forma un enlace de hidróxeno co grupo fosfato do substrato. Esta acción estabiliza o intermediato enediol e o outro estado de transición da reacción.[7]

Ademais de facer que a reacción sexa factible cineticamente, o bucle confina o intermediato enediol, que é moi reactivo, para impedir a descomposición de metilglioxal e fosfato inorgánico. O enlace de hidróxeno entre o encima e o grupo fosfato do substrato fai que esa descomposición sexa estereoelectronicamente desfavorable.[7] O metilglioxal é unha toxina e, en caso de que se forme, é eliminada por medio do chamado sistema glioxilase.[11] A perda dun enlace fosfato de alta enerxía e do substrato para o resto da glicólise fai que a formación de metilglioxal sexa ineficiente.

Os estudos suxiren que unha lisina próxima ao centro activo (na posición 12) é tamén fundamental para a función do encima. A lisina, protonada a pH fisiolóxico, pode axudar a neutralizar a carga negativa do grupo fosfato. Nos mutantes en que esta lisina está substituída por un aminoácido neutro, o encima deixa de funcionar, pero nos mutantes cun aminoácido diferente pero cargado positivamente mantén a súa funcionalidade.[12]


Notas[editar | editar a fonte]

  1. Orosz, F.; Oláh, J. (2008). "Triosephosphate isomerase deficiency: facts and doubts". IUBMB Life 58 (12): 703–715. DOI:10.1080/15216540601115960. PMID 17424909.
  2. 2,0 2,1 Albery, W. J.; Knowles, J. R. (1976). "Free-Energy Profile for the Reaction Catalyzed by Triosephosphate Isomerase". Biochemistry 15 (25): 5627–5631. DOI:10.1021/bi00670a031. PMID 999838.
  3. Rose, I.A.; Fung, W.J., Warms, J.V.B. (1990). "Proton diffusion in the active site of triosephosphate isomerase". Biochemistry 29 (18): 4312–4317. DOI:10.1021/bi00470a008. PMID 2161683.
  4. Alber, T.; Banner, D.W.; Wilson, I.A. (1981). "On the three-dimensional structure and catalytic mechanism of triose phosphate isomerase.". Phil. Trans. R. Soc. 293 (1063): 159–171. DOI:10.1098/rstb.1981.0069. PMID 6115415.
  5. Nickbarg, E.B.; Davenport, R.C.; Knowles, J.R. (1988). "Triose Phosphate Isomerase: Removal of a Putatively Electrophilic Histidine Residue Results in a Subtle Change in Catalytic Mechanism.". Biochemistry 27 (16): 5948–5960. DOI:10.1021/bi00416a019. PMID 2847777.
  6. Komives, E.A.; Chang, L.C. (1991). "Electrophilic Catalysis in Triosephosphate Isomerase: the Role of Histidine-95.". Biochemistry 30 (12): 3011–3019. DOI:10.1021/bi00226a005. PMID 2007138.
  7. 7,0 7,1 7,2 Knowles, J.R. (1991). "Enzyme catalysis: not different, just better". Nature 350 (6314): 121–124. DOI:10.1038/350121a0. PMID 2005961.
  8. Harris, T.K.; Cole, R.N.; Mildvan, A.S. (1998). "Proton Transfer in the Mechanism of Triosephosphate Isomerase.". Biochemistry 37 (47): 16828–16838. DOI:10.1021/bi982089f. PMID 9843453.
  9. Lambeir, A.-M.; Opperdoes, F.R.; Wierenga, R.K. (1987). "Kinetic properties of triose-phosphate isomerase from Trypanosama brucei brucei". European Journal of Biochemistry 168 (1): 69–74. DOI:10.1111/j.1432-1033.1987.tb13388.x. PMID 3311744.
  10. Lolis, E.; Petsko, G.A. (1990). "Crystallographic Analysis of the Complex between Triosephosphate Isomerase and 2-Phosphoglycolate at 2.5-Å Resolution: Implications for Catalysis". Biochemistry 29 (28): 6619–6625. DOI:10.1021/bi00480a010. PMID 2204418.
  11. Creighton, D.J.; Hamilton, D.S. (2001). "Brief History of Glyoxalase I and What We Have Learned about Metal Ion-Dependent, Enzyme-Catalyzed Isomerizations.". Archives of Biochemistry and Biophysics 387 (1): 1–10. DOI:10.1006/abbi.2000.2253. PMID 11368170.
  12. Lodi, P.J.; Chang, L.C.; Komives, E.A. (1990). "Triosephosphate Isomerase Requires a Positively Charged Active Site: The Role of Lysine-12.". Biochemistry 33 (10): 2809–2814. DOI:10.1021/bi00176a009. PMID 8130193.

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]