From Wikipedia, the free encyclopedia
A glutamina sintetase (GS) (EC 6.3.1.2)[3] é un encima que xoga un papel esencial no metabolismo do nitróxeno catalizando a condensación do glutamato e o amoníaco para formar glutamina:
glutamato—amoníaco ligase | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
![]() | |||||||||
Sitio activo entre dous monómeros da glutamina sintetase de Salmonella typhimurium. Os sitios de unión de catións están en amarelo e laranxa; o ADP está en rosa; fosfinotricina en azul.[1] | |||||||||
Identificadores | |||||||||
Número EC | 6.3.1.2 | ||||||||
Número CAS | 9023-70-5 | ||||||||
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 PDBj PDBsum | ||||||||
Gene Ontology | AmiGO / EGO | ||||||||
|
Glutamina sintetase, dominio catalítico | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
![]() Encima glutamina sintetase de 12 subunidades de Salmonella typhimurium.[2] | |||||||||||
Identificadores | |||||||||||
Símbolo | Gln-synt_C | ||||||||||
Pfam | PF00120 | ||||||||||
Pfam clan | CL0286 | ||||||||||
InterPro | IPR008146 | ||||||||||
PROSITE | PDOC00162 | ||||||||||
SCOPe | 2gls / SUPFAM | ||||||||||
|
glutamato-amoníaco ligase (glutamina sintetase) | |
Identificadores | |
Símbolo | GLUL |
Símbolos alt. | GLNS |
Entrez | 2752 |
HUGO | 4341 |
OMIM | |
PDB | 2qc8 |
RefSeq | NM_002065 |
UniProt | P15104 |
Outros datos | |
Número EC | 6.3.1.2 |
Locus | Cr. 1 q31 |
Glutamato + ATP + NH3 → Glutamina + ADP + fosfato
A glutamina sintetase usa o amoníaco producido pola redución de nitratos, degradación de aminoácidos e fotorrespiración.[4] O grupo amida do glutamato é unha fonte de nitróxeno para a síntese de metabolitos da vía da glutamina.[5]
Outras reaccións poden ter lugar tamén por medio da glutamina sintetase. A competición entre o ión amonio e a auga, as súas afinidades de unión e a concentración de ión amonio inflúen na síntese e na hidrólise de glutamina. A glutamina fórmase se un ión amonio ataca o intermediario acil-fosfato, mentres que se volve a formar glutamato se a auga ataca o intermediario.[6][7] O ión amonio únese máis fortemente que a auga á glutamina sintetase debido ás forzas electrostáticas entre o catión e o peto cargado negativamente.[4] Outra posible reacción é pola unión de NH2OH á glutamina sintetase, en vez de NH4+, o cal rende γ-glutamilhidroxamato.[6][7]
A glutamina sintetase (GS) pode estar composta por 8, 10 ou 12 subunidades idénticas separadas en dous aneis enfrontados.[6][8][9][10] As GS bacterianas son dodecámeros con 12 sitios activos entre os monómeros.[6] Cada sitio activo crea un túnel que é o lugar de tres sitios de unión ao substrato distintos: nucleótidos, ión amonio e aminoácidos.[4][6][10][11] O ATP únese á parte superior do bifunil que se abre na superficie externa da GS.[4] O glutamato únese á parte inferior do sitio activo.[7] A parte media do bifunil contén dous sitios nos cales se unen catións divalentes (Mn+2 ou Mg+2). Un sitio de unión a catións está implicado na transferencia do grupo fosforil do ATP ao glutamato, mentres que o segundo estabiliza a GS activa e axuda á unión do glutamato.[6]
Os enlaces de hidróxeno e as interaccións hidrofóbicas manteñen xuntos os dous aneis da GS. O C-terminal de cada subunidade (pinza helicoidal) estabiliza a estrutura da GS ao inserirse na rexión hidrófoba da subunidade do outro anel. O N-terminal de cada subunidade está exposto ao solvente. Ademais, a canle central está formada por seis follas β de catro febras compostas de bucles antiparalelos das doce subunidades.[6]
A GS cataliza a condensación dependente do ATP do glutamato con amoníaco para dar glutamina.[4] A hidrólise do ATP impulsa[8] o primeiro paso dun mecanismo concertado de dúas partes.[4][6] O ATP fosforila o glutamato para formar ADP e un intermediario acil-fosfato chamado γ-glutamil fosfato, o cal reacciona co amoníaco, formando glutamina e fosfato inorgánico. O ADP e o Pi non se disocian ata que se se une o amoníaco e se libera a glutamina.[6]
O ATP únese primeiro á parte superior do sitio activo preto do sitio de unión do catión, mentres que o glutamato se une preto do segundo sitio de unión de catións na parte inferior do sitio activo.[5][7] A presenza de ADP causa un cambio conformacional na GS que estabiliza o residuo de γ-glutamil fosfato. O amonio só se une fortemente á GS se está presente o intermediario acil-fosfato. O amonio, en vez do amoníaco, é o que se une á GS porque o sitio de unión é polar e está exposto ao solvente.[7] No segundo paso, a desprotonación do amonio permite que o amoníaco ataque o intermediario desde o sitio próximo para formar glutamina.[12] O fosfato sae pola parte superior do sitio activo, mentres que a glutamina abandona o sitio activo pola parte inferior (entre os dous aneis).[13][7]
A GS está presente predominantemente no cerebro, riles e fígado.[4][10] No cerebro a GS participa na regulación metabólica do glutamato, a detoxificación do amoníaco cerebral, a asimilación do amoníaco, a reciclaxe de neurotransmisores e na terminación dos sinais neurotransmisores.[4][14] A GS, no cerebro, atópase principalmente en astrocitos.[15] Os astrocitos protexen as neuronas da excitotoxicidade ao captaren o exceso de amoníaco e glutamato.[14] En ambientes hiperamónicos (con altos niveis de amoníaco), ocorre un inchamento astroglial.[14][16][17] O problema deste inchamento astroglial foi enfocado desde diferentes perspectivas. Un estudo mostra que hai cambios morfolóxicos que incrementan a expresión da GS en áreas glutamatérxicas ou outras adaptacións que alivian os altos niveis de glutamato e amoníaco.[14] Outra perspectiva é que o inchamento dos astrocitos débese á acumulación de glutamina. Para previr o aumento dos niveis do contido cortical de glutamato e de auga, realizouse un estudo para impedir a actividade da GS en ratas co uso de metionina sulfoximina (MSO).[16]
Existen tres clases de GS:[18][19][20]
As plantas teñen dous ou máis isocimas de GSII, un dos isocimas traslócase ao cloroplasto. Outra forma é citosólica. A tradución do xene da GS citosólica está regulada pola súa rexión non traducida 5' (5' UTR), mentres que a súa 3' UTR xoga un papel na renovación (turnover) de transcritos.[23]
Aínda que as tres clases de GS están claramente relacionadas estruturalmente, a similitude de secuencias non é moi grande.
A GS está sometida a modificación covalente reversible. A Tyr397 de cada unha das 12 subunidades pode sufrir adenililación ou desadenililación pola adenilil transferase (AT), un encima regulador bifuncional.[25] A adenililación é unha modificación postraducional que implica a unión covalente de AMP a unha cadea lateral dunha proteína. Cada adenililación require un ATP, e a completa inhibición da GS require 12 ATP. A desadenililación polo encima AT supón a remoción fosforolítica de grupos adenilil unidos a Tyr en forma de ADP. A actividade do encima AT está influenciada pola proteína reguladora que está asociada con ela: PII, un trímero de 44 kD.[25] A PII tamén sofre modificación postraducional pola uridilil transferase, así a PII ten dúas formas. O estado de PII determina a actividade da adenilil transferase. Se a PII non está uridililada, entón toma a forma PIIA. O complexo AT:PIIA desactiva a GS por adenililación. Se PII está uridililada, entón toma a forma PIID. O complexo AT:PIID activa a GS por desadenililación.[25] Os complexos AT:PIIA e AT:PIID están regulados alostericamente de modo recíproco polo α-cetoglutarato e a glutamina (Gln). A glutamina promove a actividade da AT:PIIA e inhibe AT:PIID, o que conduce á adenililación e subseguinte desactivación da GS. Ademais, a glutamina favorece a conversión de PIID a PIIA. Os efectos do α-cetoglutarato sobre os complexos son os opostos.[25] Na maioría das bacterias gramnegativas a GS pode ser modificada por adenililación.[26]
A inhibición da GS está centrada principalmente en ligandos do sitio amino.[6] Outros inhibidores son o resultado do metabolismo da glutamina: triptófano, histidina, carbamoíl fosfato, glicosamina-6-fosfato, citidín trifosfato (CTP) e adenosín monofosfato (AMP).[5][8][27] Outros inhibidores/reguladores son a glicina e alanina. A alanina, glicina e serina únense ao sitio do substrato glutamato. O GDP, AMP e ADP únense ao sitio do ATP.[6] A L-serina, L-alanina e glicina únense ao sitio do L-glutamato na GS non adenililada. Os catro aminoácidos únense ao sitio polos átomos que todos teñen en común, “a cadea principal” +NH3-CH-COO-, nas mesmas posicións.[5] O glutamato é outro produto do metabolismo da glutamina; porén, o glutamato é un substrato para a GS, o que o inhibe para actuar como regulador da GS. Cada inhibidor pode reducir a actividade do encima; unha vez que todos os metabolitos finais están unidos á GS, a actividade da GS é case completamente inhibida.[8] Moitos sinais de entrada inhibidores permiten o axuste fino da GS reflectindo os niveis de nitróxeno do organismo.
A regulación por retroalimentación distingue a diferenza entre dous tipos de GS eucariotas: cerebro e tecidos non cerebrais. A GS non cerebral responde a unha inhibición por retroalimentación por produto final, mentres que a GS do cerebro non.[6] Altas concentracións de metabolitos depenedentes da glutamina deberían inhibir a actividade da GS, mentres que as baixas concentracións deberían activar a actividade da GS.[6]
Inhibidores:
Investigacións en E. coli revelaron que a GS se regula a través da expresión xénica. O xene que codifica a subunidade da GS desígnase glnA. A transcrición de glnA depende de NRI (un amplificador ou enhancer transcricional específico). A transcrición activa ocorre se o NRI está en forma fosforilada, denominada NRI-P. A fosforilación de NRI é catalizada por NRII, unha proteína quinase. Se NRII está en complexo con PIIA entón funciona como unha fosfatase e NRI-P é convertido de novo en NRI. Neste caso, a transcrición de glnA cesa.[25]
A GS está sometida a mecanismos regulatorios completamente diferentes en cianobacterias.[28] En vez do sistema común NtrC-NtrB de dous compoñentes,[29][30] as cianobacterias posúen o regulador transcricional NtcA que está restrinxido a este clado e controla a expresión da GS e unha multitude de xenes implicados no metabolismo do nitróxeno.[31][32] Ademais, a GS de cianobacterias non é modificada covalentemente para aumentar a sensibilidade á inhibición por retroalimentación.[30] En lugar diso, a GS cianobacteriana é inhibida por pequenas proteínas, denominadas factores inactivantes da GS, cuxa transcrición está regulada negativamente por NtcA.[33][34] Eses actores inactivadores son ademais regulados por diferentes ARN non codificantes: o ARN pequeno NsiR4 interacciona coa 5' UTR do ARNm do factor inactivador da GS IF7 (ARNm de gifA) e reduce a súa expresión. A expresión de NsiR4 está baixo control positivo do factor de transcrición para o control do nitróxeno NtcA.[35] Ademais, a expresión do factor inactivador do GS IF17 está controlado por un riboswitch para a unión da glutamina.[36]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.