*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

|  |  |  |
| --- | --- | --- |
| gliceraldehido 3-fosfato | gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase | D-1,3-bisfosfoglicerato |
|  |   |  |
| NAD+ **+** Pi | NADH **+** H+ |
|  |
| NAD+ **+** Pi | NADH **+** H+ |
|   |
|   |  |  |

### 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
-----

1. ↑  Tarze A, Deniaud A, Le Bras M, Maillier E, Molle D, Larochette N, Zamzami N, Jan G, Kroemer G, Brenner C (2007). "GAPDH, a novel regulator of the pro-apoptotic mitochondrial membrane permeabilization". *Oncogene* **26** (18): 2606–20. PMID 17072346. doi:10.1038/sj.onc.1210074.
2. ↑  Zala D, Hinckelmann MV, Yu H, Lyra da Cunha MM, Liot G, Cordelières FP, Marco S, Saudou F (2013). "Vesicular glycolysis provides on-board energy for fast axonal transport". *Cell* **152** (3): 479–91. PMID 23374344. doi:10.1016/j.cell.2012.12.029.
3. ↑  Selwood T, Jaffe EK (2012). "Dynamic dissociating homo-oligomers and the control of protein function". *Arch. Biochem. Biophys.* **519** (2): 131–43. PMID 22182754. doi:10.1016/j.abb.2011.11.020.
4. ↑  Zheng L, Roeder RG, Luo Y (2003). "S phase activation of the histone H2B promoter by OCA-S, a coactivator complex that contains GAPDH as a key component". *Cell* **114** (2): 255–66. PMID 12887926. doi:10.1016/S0092-8674(03)00552-X.
5. ↑  Hara MR, Agrawal N, Kim SF, Cascio MB, Fujimuro M, Ozeki Y, Takahashi M, Cheah JH, Tankou SK, Hester LD, Ferris CD, Hayward SD, Snyder SH, Sawa A (2005). "S-nitrosylated GAPDH initiates apoptotic cell death by nuclear translocation following Siah1 binding". *Nat. Cell Biol.* **7** (7): 665–74. PMID 15951807. doi:10.1038/ncb1268.
6. ↑  Hara MR, Thomas B, Cascio MB, Bae BI, Hester LD, Dawson VL, Dawson TM, Sawa A, Snyder SH (2006). "Neuroprotection by pharmacologic blockade of the GAPDH death cascade". *Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.* **103** (10): 3887–9. PMC 1450161. PMID 16505364. doi:10.1073/pnas.0511321103.
7. ↑  Agarwal AR, Zhao L, Sancheti H, Sundar IK, Rahman I, Cadenas E. "Short-term cigarette smoke exposure induces reversible changes in energy metabolism and cellular redox status independent of inflammatory responses in mouse lungs". *Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol* **10**: L889-98 year = 2012. PMID 23064950. doi:10.1152/ajplung.
8. ↑  Ralser M, Wamelink MM, Kowald A, Gerisch B, Heeren G, Struys EA, Klipp E, Jakobs C, Breitenbach M, Lehrach H, Krobitsch S (2007). "Dynamic rerouting of the carbohydrate flux is key to counteracting oxidative stress". *J. Biol.* **6** (4): 10. PMC 2373902. PMID 18154684. doi:10.1186/jbiol61.
9. ↑  Tisdale EJ, Artalejo CR (2007). "A GAPDH mutant defective in Src-dependent tyrosine phosphorylation impedes Rab2-mediated events". *Traffic* **8** (6): 733–41. PMID 17488287. doi:10.1111/j.1600-0854.2007.00569.x.
10. ↑  Campanella ME, Chu H, Low PS (2005). "Assembly and regulation of a glycolytic enzyme complex on the human erythrocyte membrane". *Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.* **102** (7): 2402–7. PMC 549020. PMID 15701694. doi:10.1073/pnas.0409741102.
11. ↑  Barber RD, Harmer DW, Coleman RA, Clark BJ (2005). "GAPDH as a housekeeping gene: analysis of GAPDH mRNA expression in a panel of 72 human tissues". *Physiol. Genomics* **21** (3): 389–95. PMID 15769908. doi:10.1152/physiolgenomics.00025.2005.

Véxase tamén
------------

### Outros artigos

* GAPDHS, outro encima con EC 1.2.1.12 codificado noutro xene e propio dos testículos

### Bibliografía

* Voet D, Voet JG (2010). *Biochemistry*. New York: Wiley. ISBN 0-470-57095-4.
* Stryer, Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. (2002). *Biochemistry, Fifth Edition & Lecture Notebook*. San Francisco: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-9804-2.
* diagrama do mecanismo de reacción da GAPDH de Lodish MCB no NCBI
* outro diagrama similar de The Cell de Alberts no NCBI

|  |  |
| --- | --- |
| Control de autoridades | 
* Wd: Q424886
* MAG: 134792803

 |

|  |  |
| --- | --- |
| Identificadores | 
* EC: 2.6.99.-
* RefSeq: NP\_001243728
* UniProt: P04406

 |