Gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase

Ver tamén gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase (homónimos) e GAPDHS.

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, envío de vesículas do retículo endoplasmático ao aparato de Golgi, e transporte axoplásmico ou transporte axonal rápido. O encima está codificado polo xene GAPDH do cromosoma 12 humano.

 Función metabólica 

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 

 Conversión en dous pasos do gliceraldehido 3-fosfato 

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 
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 

Esta proteína pode usar o modelo morfeeína de regulación alostérica.

 Funcións adicionais 

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 

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.

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. 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.

 Interruptor metabólico 

A GAPDH actúa como un interruptor metabólico reversible en condicións de estrés oxidativo. 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. 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 

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.

 Localización celular 

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. O feito de que se sitúen varios encimas glicolíticos próximos uns a outros suponse que incrementa a velocidade global de degradación da glicosa.

 Miscelánea 

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. Por tanto, o uso da GAPDH como control de carga debe ser controlado coidadosamente.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 GAPDHS, outro encima con EC 1.2.1.12 codificado noutro xene e propio dos testículos

 Bibliografía 


 diagrama do mecanismo de reacción da GAPDH de Lodish MCB no NCBI
 outro diagrama similar de The Cell de Alberts no NCBI

Categoría:Oxidorredutases
Categoría:Glicólise