Glutamato deshidroxenase

A glutamato deshidroxenase (GLDH, GDH) é un encima presente tanto en procariotas coma en mitocondrias de eucariotas que cataliza a reacción de oxidación do glutamato a α-cetoglutarato (tamén chamado 2-oxoglutarato) e amoníaco. As glutamato deshidroxenases coñecidas poden usar como cofactores o NAD+, o NADP+ ou ambos.

L-glutamato + H2O + NAD (P)+  α-cetoglutarato + NH3 + NAD(P)H + H+

Nesa reacción tamén se forma amoníaco, que nos eucariotas é procesado como substrato no ciclo da urea. Tipicamente a reacción inversa desde o α-cetoglutarato a glutamato non ocorre en mamíferos na maioría dos tecidos, xa que o equilibrio favorece a produción de amoníaco e α-cetoglutarato. A glutamato deshidroxenase tamén ten unha afinidade moi baixa polo amoníaco (constante de Michaelis  alta arredor de 1 mM). Terían que acumularse niveis tóxicos de amoníaco no corpo para que fose posible a reacción inversa, é dicir, de α-cetoglutarato e amoníaco a glutamato. No cerebro, o encima GLUD2 pode facer a reacción nos dous sentidos. 

En bacterias, o amoníaco é asimilado a aminoácidos a través do glutamato e pola acción de aminotransferases. En plantas, o encima pode funcionar en ambas as direccións dependendo do ambiente e estrés. As plantas transxénicas que expresan GLDHs microbianas están melloradas en canto á tolerancia a herbicidas, os déficits de auga e a infeccións de patóxenos. Son máis valiosas nutricionalmente.

O encima representa unha ligazón clave entre as vías do catabolismo e anabolismo, por iso é tan común nos eucariotas. Nos humanos os xenes relevantes denomínanse GLUD1 (glutamato deshidroxenase 1) e GLUD2 (glutamato deshidroxenase 2), e hai tamén polo menos 8 pseudoxenes GLDH no xenoma humano, o que probablemente reflicte as influencias microbianas durante a evolución dos eucariotas.GLUD1 glutamate dehydrogenase 1 [ Homo sapiens (human) ]. Gene ID: 2746, actualizado o 20 de decembro de 2021. 

 Tipos de GLDH e cofactores 

O NAD+ ou NADP+ son os cofactores que poden utilizar as glutamato deshidroxenases na súa reacción, producindo α-cetoglutarato, amoníaco e os coencimas reducidos.

Baseándose no cofactor que utilizan podemos distinguir tres clases de reaccións das glutamato deshidroxenases, que son:
  : L-glutamato + H2O + NAD+  α-cetoglutarato + NH3 + NADH + H+
  : L-glutamato + H2O + NAD(P)+  α-cetoglutarato + NH3 + NAD(P)H + H+
  : L-glutamato + H2O + NADP+  α-cetoglutarato + NH3 + NADPH + H+

 Regulación da glutamato deshidroxenase 
Nos humanos a actividade da glutamato deshidroxenase é controlada por ADP-ribosilación, unha modificación covalente levada a cabo polo produto do xene sirt4.Marcia C. Haigis,Raul Mostoslavsky, Kevin M. Haigis, Kamau Fahie, Danos C. Christodoulou, Andrew J. Murphy, David M. Valenzuela, George D. Yancopoulos, Margaret Karow, Gil Blander, Cynthia Wolberger, Tomas A. Prolla, Richard Weindruch, Frederick W. Alt, e Leonard Guarente. SIRT4 Inhibits Glutamate Dehydrogenase and Opposes the Effects of Calorie Restriction in Pancreatic beta Cells. Cell 126, 941–954, 8 de setembro de 2006. 2006 Elsevier Inc. DOI 10.1016/j.cell.2006.06.057  Esta regulación é relaxada en resposta a restricións calóricas e baixo nivel de glicosa sanguínea. Nesas circunstancias, a actividade da glutamato deshidroxenase elévase para incrementar a cantidade de α-cetoglutarato producido, que pode utilizarse para proporcionar enerxía entrando no ciclo do ácido cítrico onde xerará a produción de ATP. Andreas Plaitakis, Ester Kalef-Ezra, Dimitra Kotzamani, Ioannis Zaganas e Cleanthe Spanaki. The Glutamate Dehydrogenase Pathway and Its Roles in Cell and Tissue Biology in Health and Disease. Biology (Basel). 6 de marzo de 2017; 6(1): 11. Publicado on line o 8 de febreiro de 2017. doi: 10.3390/biology6010011. PMCID: PMC5372004. PMID 28208702 .Andrés Herrero-Yraola, Siham M.A. Bakhit, Peter Franke, Christoph Weise, Manfred Schweiger, Dierk Jorcke e Mathias Ziegler. Regulation of glutamate dehydrogenase by reversible ADP-ribosylation in mitochondria. EMBO J. 15 de maio de 15; 20(10): 2404–2412. doi: 10.1093/emboj/20.10.2404. PMCID: PMC125451. PMID 11350929 .  

En microbios, a actividade é controlada pola concentración de amoníaco e o ión rubidio de similar tamaño, que se une a un sitio alostérico da GLDH e cambia a Km (constante de Michaelis) do encima.

O control da GLDH por ADP-ribosilación é especialmente importante nas células β pancreáticas produtoras de insulina. As células beta segregan insulina en resposta a un incremento da proporción ATP:ADP, e, a medida que os aminoácidos son transformados pola GLDH en α-cetoglutarato, esta proporción aumenta e segrégase máis insulina. A SIRT4 é necesaria para regular o metabolismo dos aminoácidos como un método de control da secreción de insulina e regulación dos niveis de glicosa.

Carl Frieden descubriu que a glutamato deshidroxenase do figado bovino está regulada por nucleótidos a finais da década de 1950 e principios da de 1960.

 Ademais de describir os efectos de nucleótidos como o ADP, ATP e GTP, describiu en detalle os diferentes comportamentos cinéticos do NADH e NADPH na reacción. Por isto foi un dos primeiros encimas no que se describiu o que despois se chamaría comportamento alostérico.

As mutacións que alteran o sitio de unión alostérica do GTP causan a activación permanente da glutamato deshidroxenase e conducen a unha síndrome de hiperinsulinismo-hiperamonemia.

 Regulación 
Regulación alostérica:

Esta proteína pode usar o modelo da morfeeína da regulación alostérica.

Inhibidores alostéricos:
 Guanosín trifosfato (GTP)
 Adenosín trifosfato (ATP)
 Palmitoíl-CoA
 Zn2+

Activadores:
 Adenosín difosfato (ADP)
 Leucina
 L-isoleucina
 L-valina
 Guanosín difosfato

Outros inhibidores:
 EGCG

Ademais, a GLDH de ratos mostra inhibición de substrato pola cal a actividade da GLDH descende con altas concentracións de glutamato.

 Isocimas 

Os humanos expresan os seguintes isocimas da glutamato deshidroxenase:

 Aplicación clínica 

Nos laboratorios médicos poden facerse medicións dos niveis de GLDH para avaliar o estado da función hepática. Niveis elevados no soro sanguíneo de GLDH indican un dano no fígado e a GLDH é importante para facer un diagnóstico diferencial de enfermidades hepáticas, especialmente en combinación cos niveis de aminotransferases. A GLDH está localizada nas mitocondrias e practicamente non se libera ningunha en enfermidades inflamatorias xeneralizadas do fígado como as hepatites virais. Pero enfermidades do fígado nas que se produce unha necrose dos hepatocitos, como nos danos tóxicos ao fígado ou a hipóxia do fígado, caracterízanse por presentar altos niveis séricos de GLDH. A GLDH é importante para distinguir entre a hepatite viral aguda e a necrose hepática tóxica aguda ou a enfermidade hepática hipóxica aguda, especialmente no caso de danos hepáticos, xunto cun nivel moi alto de aminotransferases. En ensaios clínicos a GLDH pode servir como medida da seguridade dun fármaco.E S Schmidt, F W Schmidt. Glutamate dehydrogenase: biochemical and clinical aspects of an interesting enzyme. Clin Chim Acta. 1988 Mar 31;173(1):43-55. doi: 10.1016/0009-8981(88)90356-7. PMID 3289795 . DOI: 10.1016/0009-8981(88)90356-7Matias A. Avila (editor). Serum glutamate dehydrogenase activity enables early detection of liver injury in subjects with underlying muscle impairments. PLoS One. 2020; 15(5): e0229753. Published online 14 de maio de 2020. doi: 10.1371/journal.pone.0229753. PMCID: PMC7224523. PMID 32407333. 

Pode utilizarse un inmunoensaio encimático (EIA) para a glutamato deshidroxenase como ferramenta de cribado en pacientes con infección por Clostridioides difficile. O encima exprésase constitutivamente na maioría das cepas de C. difficile e pode así ser detectado doadamente nas feces. A diagnose confírmase xeralmente facendo seguidamente un EIA para as toxinas A e B de C. difficile.N Shetty, M W D Wren, P G Coen. The role of glutamate dehydrogenase for the detection of Clostridium difficile in faecal samples: a meta-analysis. J Hosp Infect. 2011 Jan;77(1):1-6. doi: 10.1016/j.jhin.2010.07.024. Epub 2010 Dec 8. PMID 21145132 


 Papel no fluxo de nitróxeno 
A incorporación de amoníaco nos animais e microbios ocorre por medio das accións da glutamato deshidroxenase e da glutamina sintetase. O glutamato desempeña un papel central no fluxo do nitróxeno en mamíferos e microbios, servindo como doante e aceptor de nitróxeno.Mark C. Walker e Wilfred A. van der Donk. The Many Roles of Glutamate in Metabolism. J Ind Microbiol Biotechnol. Marzo de 2016; 43(0): 419–430. Publicado on line o 1 de setembro de 2015. doi: 10.1007/s10295-015-1665-y . PMCID: PMC4753154. NIHMSID: NIHMS720017. PMID 26323613. 

 Notas 


 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Reacción anaplerótica

 Ligazóns externas 


Categoría:Oxidorredutases