Acetolactato sintase

A acetolactato sintase (ALS), tamén chamada acetohidroxiácido sintase ou AHAS, é unha proteína encimática atopada en plantas e microorganismos. A ALS cataliza o primeiro paso da síntese de aminoácidos de cadea ramificada (valina, leucina e isoleucina).

Unha proteína humana de función aínda descoñecida que comparte certa similitude de secuencia coa ALS bacteriana é a codificada no xene ILVBL ("similar a ilvb" ou "ilvB-like"). O xene ILVBL humano ten 17 exóns e está no cromosoma 19 na posición q13.1.

 Estrutura 

O péptido catalítico da ALS da planta Arabidopsis thaliana é unha proteína do cloroplasto que consta de 670 residuos de aminoácidos, dos cales os últimos 615 constitúen a forma activa. Comprende tres dominios principais, con dúas pirofosfatos de tiamina que fan un sándwich que deixa en medio un dominio de unión ao NAD/FAD similar ao DHS. Nas asignacións de SCOP, estas subunidades denomínanse d1yhya1, d1yhya2 e d1yhya3 desde o N-terminal ao C-terminal.

A estrutura da acetolactato sintase que se utilizou para a imaxe mostrada nesta páxina determinouse usando difracción de raios X a 2,70 ángstroms. 

Hai cinco ligandos específicos que interaccionan con esta proteína, que son os seguintes:
 Identificador do ligando Nome Estrutura P22 ETIL DIHIDRÓXENO DIFOSFATO C2H8O7P2 NHE ÁCIDO 2-[N-CICLOHEXILAMINO]ETANO SULFÓNICO C8H17NO3S Mg Ión magnesio Mg FAD FLAVÍN ADENÍIN DINUCLEÓTIDO C27H33N9O15P2 1SM  METIL 2-[({[(4,6-DIMETILPIRIMIDIN-2-IL)AMINO]CARBONIL}AMINO)SULFONIL]BENZOATO C15H16N4O5 S

O FAD unido non é catalítico. 

 Función 

A acetolactato sintase é un encima catalítico implicado na biosíntese de varios aminoácidos. Este encima ten o código da Comisión de Encimas 2.2.1.6, o que significa que o encima é unha transcetolase ou unha transaldolasa, que se clasifican como transferases que transfiren residuos cetona ou aldehido. Neste caso, a acetolactato sintase é unha transcetolase, que ten tanto formas anabólicas coma catabólicas. Actúa sobre unha cetona (piruvato) e pode desprazarse na cadea metabólica. Encimas deste tipo atópanse en humanos e outros animais, plantas e bacterias. Nas plantas, están localizadas nos cloroplastos. No lévedo de panadaría, están localizadas nas mitocondrias. En varios experimentos observouse que as cepas mutadas de Escherichia coli K-12 carentes do encima non podían crecer con só acetato ou oleato como únicas fontes de carbono.

Unha versión catabólica que non se une a FAD () atópase nalgunhas bacterias.

 Actividade catalítica 
A acetolactato sintase ou acetohidroxiácido sintase é un encima que intervén especificamente na conversión do piruvato a acetolactato:

 2 CH3COCO2− → −O2CC(OH)(CH3)COCH3 + CO2

A reacción usa pirofosfato de tiamina para unir as dúas moléculas de piruvato. O produto resultante da reacción, o acetolactato, convértese finalmente en valina ou leucina. Unha reacción similar do piruvato con 2-oxobutanoatos rende 2-aceto-2-hidroxi-butirato, que é un precursor da isoleucina. Estes tres aminoácidos son aminoácidos esenciais e non se poden sintetizar polos humanos. Este tipo de reacción orixina o nome sistemático do encima: piruvato:piruvato acetaldehidotransferase (descarboxilante).

O encima ten catro residuos específicos que son responsables da actividade catalítica. Indícanse aquí con cofactores necesarios escritos despois.

 Residuo Posición Cofactores Valina 485 HE3 Metionina 513 HE3 Histidina 643  - Glicina 511 TPP

A secuencia primaria desta proteína en Arabidopsis thaliana é a que se indica máis abaixo na lista despregable. Os residuos implicados na actividade catalítica están en negra. 
A mutaxénese do Asp428, que é o ligando carboxilato crucial para o Mg2+ no "motivo ThDP", causa un descenso da afinidade da AHAS II polo Mg2+. Mentress que o mutante D428N mostra unha afinidade polo ThDP próxima á do tipo salvaxe en saturación de Mg2+, o D428E ten menor afinidade polo ThDP. Estas mutacións tamén orixinan unha dependencia do encima do K+.

 Regulación 
En Arabidopsis, dúas cadeas de ALS catalíticas () forman complexo con dúas pequenas subunidades reguladoras (), AHASS2 e AHASS1. Dita disposición é moi común en ALS bacterianas e eucariotas. A estrutura heteromérica demostrouse en E. coli en 1984 e en eucariotas (Saccharomyces cerevisiae e Porphyra purpurea) en 1997. A maioría das proteínas reguladoras teñen un dominio ACT () e algunhas delas teñen un elemento similar a NiKR C-terminal ().

En bacterias (E. coli)), a acetolactato sintase consta de tres pares de isoformas. Cada par inclúe unha subunidade grande, que se pensa é a responsable da catálise, e unha subunidade pequena para a inhibición por retroalimentación. Cada par de subunidades, ou ALS I, II, e III, respectivamente, está localizada no seu propio operón, ilvBN, ilvGM e ilvIH (onde ilvN regula ilvB, e viceversa). Xuntos, estes operóns codifican varios encimas implicados na biosíntese de aminoácidos de cadea ramificada. A regulación é diferente para cada operón.

O operón ilvGMEDA codifica o par ilvGM (ALS II) así como unha aminoácido de cadea ramificada transaminase (ilvE), dihidroxiácido deshidratase (ilvD) e treonina amoníaco-liase (ilvA). Está regulado por unha inhibición de retroalimentación en forma de atenuación transcricional. É dicir, a transcrición redúcese en presenza dos produtos finais da vía, que son os aminoácidos de cadea ramificada.

O operón ilvBNC codifica o par ilvBN (ALS I) e unha cetol-ácido redutoisomerase (ilvC). É regulada de maneira similar, pero é específica para a isoleucina e leucina; a valina non o afecta directamente.

Tanto o operón ilvGMEDA coma o ilvBNC están desreprimidos durante os períodos de escaseza de aminoácidos de cadea ramificada polo mesmo mecanismo que os reprime. Ambos os operóns e tamén o terceiro, ilvIH, están regulados pola proteína que responde á leucina (Lrp).

 Inhibidores 

Os inhibidores da ALS utilízanse como herbicidas que lentamente privan as plantas afectadas destes aminoácidos, o cal finalmente leva á inhibición da síntese de ADN. Afectan a herbas e dicotiledóneas. Non son unha clase química senón máis ben unha clase de mecanismo de acción con química diversa. A familia de inhibidores da ALS comprende as sulfonilureas (SUs), imidazolinonas, triazolopirimidinas, pirimidinil oxibenzoatos e sulfonilamino carbonil triazolinonas. En marzo de 2022, os inhibidores da ALS sufriron o peor problema de resistencia (coñecido) de todas as clases de herbicidas, contabilizándose 169 especies diana resistentes coñecidas. As estruturas dos herbicidas que actúan sobre o ALS son radicalmente diferentes dos substratos e así ningún deles se une ao sitio catalítico senón a outro sitio específico para a acción herbicida. Por tanto, as mutacións de resistencia espérase que teñan unha ampla variedade de efectos sobre a actividade catalítica normal da ALS, sexan positivos, negativos ou neutros. Non sorprende que iso sexa exactamente o que mostraron os experimentos, incluíndo os de Yu et al., 2007, que atoparon resistencia en Hordeum murinum debido a unha substitución prolina→serina no aminoácido 197 que incrementaba no dobre ou triplo a actividade da ALS.

 Importancia clínica 
CADASIL, unha condición xenética humana autosómica dominante identificada caracterizada pola recorrencia de infartos subcorticais que orixinan demencia, foi mapada previamente no xene “ILVBL” dentro dun intervlo 2-cM, D19S226–D19S199. Este xene codifica unha proteína moi similar á acetolactato sintase doutros organismos. Non se observou ningún evento de recombinación con D19S841, un marcador microsatélite moi polimórfico illado dun cósmido mapado nesta rexión. Non se detectou ningunha mutación neste xene en pacientes de CADASIL, o que suxire que non está implicada neste trastorno.

 Interaccións 
En estudos en Escherichia coli, o dominio para a unión do FAD de ilvB presenta interaccións con ilvN e activa o encima AHAS I.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Ligazóns externas 

 Gráfica de Ramachandran 

Categoría:Transferases