Frutosa-bisfosfato aldolase

A frutosa-bisfosfato aldolase (Número EC:4.1.2.13) ou frutosa-1,6-bisfosfato aldolase, moitas veces chamada simplemente aldolase (aínda que hai outros tipos de aldolases), é un encima que cataliza unha reacción reversible que divide o composto aldol, frutosa 1,6-bisfosfato, nas triosas fosfato dihidroxiacetona fosfato (DHAP) e gliceraldehido 3-fosfato (GAP). Este encima pode tamén producir DHAP a partir doutras (3S,4R)-cetosa 1-fosfato como a frutosa 1-fosfato e a sedoheptulosa 1,7-bisfosfato. Na glicólise prodúcese a reacción de clivaxe do aldol, mentres que a gliconeoxénese e o ciclo de Calvin, que son vías anabólicas, utilizan a reacción inversa. Hai dous tipos de aldolases segundo o seu mecanismo de acción, chamadas de clase I e II. As de clase I teñen tres isoformas nos vertebrados, chamadas aldolases A, B e C.

As reaccións catalizadas por este encima son:

D-frutosa-1,6-bisfosfato  dihidroxiacetona fosfato + D-gliceraldehido-3-fosfato

D-frutosa-1-fosfato  dihidroxiacetona fosfato + D-gliceraldehido

D-sedoheptulosa 1,7-bisfosfato  dihidroxiacetona fosfato + D-eritrosa 4-fosfato.

 Mecanismo e estrutura 
As proteínas de clase I forman un intermediario base de Schiff protonado unido a unha lisina do sitio activo moi conservada co carbono carbonilo da DHAP. Adicionalmente, os residuos de tirosina son cruciais neste mecanismo porque actúan como aceptores de hidróxeno estabilizantes. As poroteínas de clase II utilizan un mecanismo diferente no cal se polariza o grupo carbonilo cun catión divalente como o Zn2+. A proteína do operón galactitol de Escherichia coli, gatY, e a do operón da N-acetilgalactosamina, agaY, que son tagatosa-bisfosfato aldolases, son homólogas da frutosa-bisfosfato aldolase de clase II. Dous residuos de histidina na primeira metade da secuencia destes homólogos están implicados na unión ao cinc.

Todas as subunidades proteicas de ambas as clases teñen un dominio α/β pregado formando un barril TIM que contén o sitio activo. Para formar a proteína completa ensámblanse varias subunidades. As dúas clases comparten pouca identidade de secuencia.

Con poucas excepcións nos animais, plantas, e algas verdes só se encontran as proteínas de clase I. Con poucas excepcións en fungos só se atoparon as proteínas de clase II. Ambas as clases atopáronse amplamente distribuídas entre os outros eucariotas e en bacterias. Proteínas das dúas clases poden aparecer a miúdo no mesmo organismo. As plantas e as algas teñen unha aldolase plastidial, que ás veces é un relicto da endosimbiose, ademais da habitual aldolase citosólica. En arqueas e algunhas bacterias atopouse amplamente distribuída unha frutosa-bisfosfato aldolase/fosfatase bifuncional, co mecanismo de clase I. O sitio activo desta aldolase de arqueas ten tamén estrutura de barril TIM.

 Na gliconeoxénese e glicólise 
A gliconeoxénese e a glicólise comparten seis reaccións encimáticas reversibles. Na gliconeoxénese o fosfoenolpiruvato (PEP) redúcese a frutosa 1,6-bisfosfato e a aldolase cataliza a última reacción. Na glicólise a frutosa 1,6-bisfosfato oxídase a PEP e a aldolase cataliza a primeira reacción. A aldolase utilizada na glicólise e na gliconeoxénese é unha proteína citoplásmica.

Nos vertebrados encóntranse tres formas da proteína aldolase de clase I, chamadas aldolases A, B e C. A aldolase A exprésase preferencialmente no músculo e cerebro; a aldolase B no fígado, riles, e nos enterocitos; e a aldolase C no cerebro. As aldolases A e C están implicadas principalmente na glicólise, mentres que a aldolase B está implicada tanto na glicólise coma na gliconeoxénese. Algúns defectos na aldolase B causan intolerancia á frutosa hereditaria. O metabolismo da frutosa libre no fígado aproveita a capacidade da aldolase B de usar a frutosa 1-fosfato como substrato. A frutosa-bisfosfato aldolase/fosfatase de arqueas está probablemente implicada na gliconeoxénese porque o seu produto é a frutosa 6-fosfato.

 No ciclo de Calvin 
o ciclo de Calvin é unha vía de fixación do carbono. Este ciclo e a gliconeoxénese comparten catro reaccións reversibles. En ambas as vías o 3-fosfoglicerato (3-PGA ou 3-PG) redúcese a frutosa 1,6-bisfosfato e a aldolase cataliza a última reacción. Unha quinta reacción, catalizada en ambas as vías pola frutosa 1,6-bisfosfatase, hidroliza a frutosa 1-6-bisfosfato a frutosa 6-fosfato e fosfato inorgánico. O grande decrecemento de enerxía libre de Gibbs fai esta reacción irreversible. A aldolase do ciclo de Calvin tamén cataliza a produción de sedoheptulosa 1,7-bisfosfato a partir de dihidroxiacetona fosfato e eritrosa 4-fosfato. Os produtos principais do ciclo de Calvin son triosas fosfato (TP), que son unha mestura de DHAP e GAP, xunto con frutosa 6-fosfato. Cómpren ambas as triosas para rexenerar a ribulosa 1,5-bisfosfato (RuBP). A aldolase utilizada polas plantas e algas no cilco de Calvin é xeralmente unha proteína destinada aos plastidios codificada por un xene nuclear.

 Reaccións 
A aldolase cataliza a seguinte reacción:
frutosa 1,6-bisfosfato  DHAP + GAP

e tamén
sedoheptulosa 1,7-bisfosfato  DHAP + eritrosa 4-fosfato
frutosa 1-fosfato  DHAP + gliceraldehido

A aldolase utilízase na parte troncal reversible da gliconeoxénese/glicólise
2(PEP + NADH + H+ + ATP + H2O)  frutosa 1,6-bisfosfato + 2(NAD+ + ADP + Pi)

A aldolase utilízase tamén na parte do ciclo de Calvin compartida coa gliconeoxénese, na que a hidrólise do fosfato irreversible do final é catalizada pola frutosa 1,6-bisfosfatase
2(3-PG + NADPH + H+ + ATP + H2O)  frutosa 1,6-bisfosfato + 2(NADP+ + ADP + Pi)
frutosa 1,6-bisfosfato + H2O → frutosa 6-fosfato + Pi

Na gliconeoxénese o 3-PG prodúceno a enolase e a fosfoglicerato mutase actuando en serie
PEP + H2O  2-PG  3-PG

No ciclo de Calvin o 3-PG prodúceo a rubisco
RuBP + CO2 + H2O → 2(3-PG)

O GAP prodúceo a fosfoglicerato quinase que actúa en serie coa gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase (GAPDH) na gliconeoxénese, e en serie coa gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase (NADP+) (fosforilante) no cilco de Calvin
3-PG + ATP  1,3-bisfosfoglicerato + ADP
1,3-bisfosfoglicerato + NAD(P)H + H+  GAP + Pi + NAD(P)+

A triosa-fosfato isomerase mantén a DHAP e o GAP próximas ao equilibrio, producindo a mestura chamada triosa fosfato (TP)
GAP  DHAP

Así, tanto a DHAP coma o GAP están dispoñibles para a aldolase.

 Outras propiedades 

A aldolase foi implicada en moitas funcións non catalíticas ou "moonlighting", debido á súa afinidade para unirse a moitas outras proteínas como a F-actina, α-tubulina, cadea lixeira da dineína, proteína WASP, intercambiador de anións Banda 3, fosfolipase D (PLD2), transportador de glicosa GLUT4, inositol trisfosfato, ATPase V e ARNO (un factor de intercambio do nucleótido guanina de ARF6). Estas asociacións pénsase que están implicadas principalmente na estrutura celular, porén, tamén se explorou a súa posible implicación na endocitose, invasión de parasitos, rearranxo do citoesqueleto, motilidade celular, reciclaxe e tráfico de proteínas de membrana, transdución de sinais e compartimentalización dos tecidos.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Bibliografía 






 Ligazóns externas 
 Tolan Laboratory da Universidade de Boston

Categoría:Liases
Categoría:Glicólise