A **succinil coencima A sintetase** (**SCS**), tamén chamada **succinil-CoA sintetase** ou **succinato tioquinase** ou **succinato-CoA ligase**, é un encima que cataliza a reacción reversible que converte o succinil-CoA en succinato, que forma parte do ciclo do ácido cítrico ou de Krebs. O encima facilita o acoplamento desta reacción coa formación dunha molécula de nucleósido trifosfato (que pode ser GTP ou ATP) a partir dunha molécula de fosfato inorgánico e outra de nucleósido difosfato (GDP ou ADP). Está localizado na matriz das mitocondrias.

Reacción e mecanismo
--------------------

A succinil-CoA sintetase cataliza a seguinte reacción reversible:

Succinil-CoA + Pi + NDP ⇌ Succinato + CoA + NTP
onde Pi significa fosfato inorgánico, NDP é un nucleósido difosfato (GDP ou ADP), e NTP é un nucleósido trifosfato (GTP ou ATP). O encima facilita o acoplamento da conversión do succinil-CoA a succinato con formación de NTP a partir de NDP e Pi, o que se considera unha fosforilación a nivel de substrato. A reacción ten un cambio de enerxía libre no estado bioquímico estándar de -3.4 kJ/mol. A reacción ten lugar por un mecanismo de reacción en tres pasos mostrado na imaxe de máis abaixo. O primeiro paso implica a separación do coencima A (CoA) do succinil-CoA por unha molécula de fosfato inorgánico nucleofílica para formar succinil fosfato. O encima despois utiliza un residuo de histidina para quitar o grupo fosfato do succinil fosfato e xerar succinato. Finalmente, a histidina fosforilada transfire o grupo fosfato a un nucleósido difosfato, o cal xera o nucleósido trifosfato enerxético.

Mecanismo da reacción catalizada pola succinil-CoA sintetase.

Estrutura
---------

### Subunidades

A succinil-CoA sintetase de bacterias e mamíferos está constituída polas subunidades α e β, que se asocian formando dímeros ou tetrámeros segundo a especie. En *Escherichia coli* únense dous heterodímeros αβ para formar o heterotetrámero α2β2. Polo contrario, nas mitocondrias de mamíferos o encima activo é un dímero αβ e non forma o heterotetrámero. 
O heterotetrámeto deste encima en *Escherichia coli* foi cristalizado e caracterizado con grande detalle. Como se ve na imaxe 2, as dúas subunidades α (rosa e verde) sitúanse en lados opostos da estrutura e as dúas subunidades β (amarela e azul) interaccionan na rexión media da proteína. As dúas subunidades α só interaccionan cunha soa subunidade β, mentres que as subunidades β interaccionan cunha das subunidades α (formando o dímero αβ) e coa subunidade β do outro dímero αβ. Unha curta cadea de aminoácidos une as dúas subunidades β, o que dá lugar á estrutura tetramérica.

**Imaxe 2:** O heterotetrámero da succinil-CoA sintetase de *E. coli*; subunidades α: rosa e verde, β: amarelo e azul. As subunidades en rosa e amarelo forman un dos dímeros e as en verde e azul forman o outro. PDB ID: 1CQG.
A estrutura cristalina da subunidade α (isoforma que se une ao succinil-CoA) determinouse a unha resolución de 2,10 Å, e pode verse en PDB código 1CQJ. .

### Residuos catalíticos

As estruturas cristalinas da succinil-CoA sintetase de *E. coli* proporcionan evidencias de que o coencima A se une a cada unha das subunidades α (nun pregamento Rossman) en estreita proximidade a un residuo de histidina (His246α). Este residuo de histidina é fosforilado durante o paso de formación do succinato no mecanismo de reacción. A localización exacta da zona de unión do succinato non está ben definida. A formación do nucleósido trifosfato ten lugar nun dominio que atrapa o ATP, que está localizado preto do extremo N-terminal de cada subunidade β. Porén, este dominio está localizado a uns 35 Å do residuo de histidina fosforilado. Isto fixo pensar aos investigadores que o encima debe sufrir un cambio conformacional importante para facer que a histidina e dito dominio se acheguen e facilitar a formación do nucleósido trifosfato. Os experimentos de mutaxénese determinaron que dous residuos de glutamato (un preto da histidina catalítica, o residuo Glu208α, e outro preto do dominio que atrapa o ATP, o Glu197β) xogan un importante papel na fosforilación e desfosforilación da histidina, mais o mecanismo exacto polo cal o encima cambia de conformación non se comprende completamente.

### Isoformas

Johnson et al. describiu dúas isoformas da succinil-CoA sintetase nos mamíferos, unha que é específica para os nucleótidos de adenina, e outra para os de guanosina. A reacción é reversible, polo que poden formar ATP ou GTP (como ocorre normalmente nas células) ou ADP e GDP (na reacción en sentido inverso; por iso as isoformas se chaman "formadoras de ADP" ou "de GDP").

* Número EC: 6.2.1.5 - formadora de ADP - Xene SUCLA2 do cromosoma 13 humano.
* Número EC: 6.2.1.4 - formadora de GDP - Xenes SUCLG1 do cromosoma 2, e SUCLG2 do cromosoma 3.

A forma específica do GTP é a que tradicionalmente se consideraba que interviña normalmente no ciclo do ácido cítrico, pero a expresión da subunidade específica do ATP comprobouse que é forte en moitos tecidos humanos e de rato, o que suxire que a succinil-CoA sintetase específica do ATP ten un papel importante en moitas especies animais, e suxírese que ambas as dúas poderían intervir no ciclo do ácido cítrico, seguramente cunha especialización por tecidos.

Función biolóxica
-----------------

**Ciclo do ácido cítrico**. O encima é fundamental para que funcione o ciclo do ácido cítrico, xa que ten que transformar o succinil-CoA en succinato, o cal continúa as reaccións do ciclo.

**Xeración de nucleósidos trifosfato:** A succinil-CoA sintetase é o único encima do ciclo do ácido cítrico que cataliza unha reacción na cal se forma un nucleósido trifosfato (GTP ou ATP) por medio dunha fosforilación a nivel de substrato. Atopouse que en *E. coli* o encima pode catalizar tanto a formación de GTP coma a de ATP. Porén, os mamíferos posúen distintos tipos de succinil-CoA sintetase (SCS) que son específicos para o GTP (G-SCS) ou o ATP (A-SCS) e son nativos de diferentes tecidos do organismo. Un interesante estudo que utilizou tecidos de pomba mostrou que o encima específico de GTP estaba localizado principalmente no fígado da pomba, e o específico de ATP no músculo da peituga. Outros estudos atoparon fenómenos similares en ratas, ratos e humanos. Parece que os tecidos tipicamente implicados no metabolismo anabólico (como o fígado e os riles) expresan a G-SCS, mentres que os dedicados ao metabolismo catabólico (como o cerebro, corazón, e músculo) expresan a A-SCS.

**Formación de intermediatos metabólicos:** Este encima facilita o fluxo metabólico de moléculas cara a outras vías metabólicas ao controlar a interconversión entre o succinil-CoA e o succinato. Isto é importante porque o succinil-CoA é un intermediato necesario para a biosíntese de porfirina, hemo, e corpos cetónicos.

Regulación e actividade
-----------------------

**Regulación e inhibición:** En *E. coli* o encima é regulado a nivel transcricional. Demostrouse que o xene para a succinil-CoA sintetase (sucCD de *E. coli*) é transcrito xunto co xene da α-cetoglutarato deshidroxenase (sucAB) baixo o control dun promotor chamado sdhC, o cal forma parte do operón da succinato deshidroxenase. Este operón é regulado á alza pola presenza de oxíxeno e responde a diversas fontes de carbono.
As drogas antibacterianas que impiden a fosforilación da histidina, como o composto LY26650, son potentes inhibidores da succinil-CoA sintetase bacteriana.

**Actividade óptima:** As medidas tomadas utilizando succinil-CoA sintetase de soia indican que a súa temperatura óptima de funcionamento é de 37 °C e o seu pH óptimo é 7,0-8,0.

Papel en enfermidades
---------------------

**Acidose Láctica Infantil Fatal:** Considérase que unha succinil-CoA sintetase defectuosa é a causa da Acidose Láctica Infantil Fatal, que é unha enfermidade que afecta aos meniños, que está caracterizada pola acumulación de niveis tóxicos de ácido láctico. A condición nos casos máis graves pode orixinar a morte xeralmente de 2 a 4 días despois do nacemento. Determinouse que os pacientes con esta condición presentan unha deleción de dous pares de bases no xene SUCLG1 que codifica a subunidade α do encima. Como resultado, nas células non hai unha succinato-CoA sintetase funcional, o que causa un importante desequilibrio no fluxo entre a glicólise e o ciclo do ácido cítrico. Como as células nesas condicións carecen dun ciclo do ácido cítrico funcional, orixínase acidose porque as células se ven forzadas a utilizar a fermentación láctica como fonte primaria para producir ATP.

Notas
-----

1. ↑  Fraser, M. E.; Hayakawa, K.; Hume, M. S.; Ryan, D. G.; Brownie, E. R. (2006). "Interactions of GTP with the ATP-grasp Domain of GTP-specific Succinyl-CoA Synthetase". Journal of Biological Chemistry 281 (16): 11058–11065. doi:10.1074/jbc.M511785200. PMID 16481318.
2. ↑  Fraser, M. E.; James, M. N. G.; Bridger, W. A.; Wolodko, W. T. (1999). "A detailed structural description of Escherichia coli succinyl-CoA synthetase1". Journal of Molecular Biology 285 (4): 1633–1653. doi:10.1006/jmbi.1998.2324. PMID 9917402.
3. 1 2  Voet, Donald J. (2011). *Biochemistry / Donald J. Voet ; Judith G. Voet*. New York, NY: Wiley, J. ISBN 978-0-470-57095-1.
4. 1 2 3  Berg, Jeremy M. (Jeremy M.); Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert.; Stryer, Lubert. Biochemistry. (2002). *Biochemistr*. New York: W.H. Freeman. pp. 475–477. ISBN 0-7167-3051-0.
5. ↑  Nishimura, JS. (1986). "Succinyl-CoA synthetase structure-function relationships and other considerations.". *Adv Enzymol Relat Areas Mol Biol* **58**: 141–72. PMID 3521216.
6. 1 2 3  Wolodko, WT.; Kay, CM.; Bridger, WA. (1986). "Active enzyme sedimentation, sedimentation velocity, and sedimentation equilibrium studies of succinyl-CoA synthetases of porcine heart and Escherichia coli.". *Biochemistry* **25** (19): 5420–5. PMID 3535876. doi:10.1021/bi00367a012.
7. 1 2 3  Fraser, ME.; James, MN.; Bridger, WA.; Wolodko, J. (1999). "A detailed structural description of escherichia coli succinly-CoA synthetase". *J Mol Biol* **288** (3): 501. PMID 10329157. doi:10.1006/jmbi.1999.2773.
8. 1 2  Joyce, MA.; Fraser, ME.; James, MN.; Bridger, WA.; Wolodko, WT. (2000). "ADP-binding site of Escherichia coli succinyl-CoA synthetase revealed by x-ray crystallography.". *Biochemistry* **39** (1): 17–25. PMID 10625475. doi:10.1021/bi991696f.
9. 1 2  Fraser, ME.; Joyce, MA.; Ryan, DG.; Wolodko, WT. (2002). "Two glutamate residues, Glu 208 alpha and Glu 197 beta, are crucial for phosphorylation and dephosphorylation of the active-site histidine residue in succinyl-CoA synthetase.". *Biochemistry* **41** (2): 537–46. PMID 11781092. doi:10.1021/bi011518y.
10. 1 2  Johnson JD, Mehus JG, Tews K, Milavetz BI, Lambeth DO (1998). "Genetic evidence for the expression of ATP- and GTP-specific succinyl-CoA synthetases in multicellular eucaryotes". *J Biol Chem* **273** (42): 27580–6. PMID 9765291. doi:10.1074/jbc.273.42.27580. Arquivado dende o orixinal o 06 de abril de 2008. Consultado o 22 de decembro de 2013.
11. 1 2 3  Lambeth, DO.; Tews, KN.; Adkins, S.; Frohlich, D.; Milavetz, BI. (2004). "Expression of two succinyl-CoA synthetases with different nucleotide specificities in mammalian tissues.". *J Biol Chem* **279** (35): 36621–4. PMID 15234968. doi:10.1074/jbc.M406884200.
12. ↑  Johnson, JD.; Muhonen, WW.; Lambeth, DO. (1998). "Characterization of the ATP- and GTP-specific succinyl-CoA synthetases in pigeon. The enzymes incorporate the same alpha-subunit.". *J Biol Chem* **273** (42): 27573–9. PMID 9765290. doi:10.1074/jbc.273.42.27573.
13. ↑  Labbe, RF.; Kurumada, T.; Onisawa, J. (1965). "The role of succinyl-CoA synthetase in the control of heme biosynthesis.". *Biochim Biophys Acta* **111** (2): 403–15. PMID 5879477.
14. ↑  Ottaway, JH.; McClellan, JA.; Saunderson, CL. (1981). "Succinic thiokinase and metabolic control.". *Int J Biochem* **13** (4): 401–10. PMID 6263728.
15. ↑  Jenkins, TM.; Weitzman, PD. (1986). "Distinct physiological roles of animal succinate thiokinases. Association of guanine nucleotide-linked succinate thiokinase with ketone body utilization.". *FEBS Lett* **205** (2): 215–8. PMID 2943604. doi:10.1016/0014-5793(86)80900-0.
16. ↑  Park, SJ.; Chao, G.; Gunsalus, RP. (1997). "Aerobic regulation of the sucABCD genes of Escherichia coli, which encode alpha-ketoglutarate dehydrogenase and succinyl coenzyme A synthetase: roles of ArcA, Fnr, and the upstream sdhCDAB promoter.". *J Bacteriol* **179** (13): 4138–42. PMC 179232. PMID 9209026.
17. ↑  Hunger-Glaser, I.; Brun, R.; Linder, M.; Seebeck, T. (1999). "Inhibition of succinyl CoA synthetase histidine-phosphorylation in Trypanosoma brucei by an inhibitor of bacterial two-component systems.". *Mol Biochem Parasitol* **100** (1): 53–9. PMID 10376993.
18. ↑  Wider de Xifra, EA.; del C Batlle, AM. (1978). "Porphyrin biosynthesis: immobilized enzymes and ligands. VI. Studies on succinyl CoA synthetase from cultured soya bean cells.". *Biochim Biophys Acta* **523** (1): 245–9. PMID 564714.
19. 1 2  Ostergaard, E.; Christensen, E.; Kristensen, E.; Mogensen, B.; Duno, M.; Shoubridge, EA.; Wibrand, F. (2007). "Deficiency of the alpha subunit of succinate-coenzyme A ligase causes fatal infantile lactic acidosis with mitochondrial DNA depletion.". *Am J Hum Genet* **81** (2): 383–7. PMC 1950792. PMID 17668387. doi:10.1086/519222.

Véxase tamén
------------

### Ligazóns externas

* Succinyl Coenzyme A Synthetases *Medical Subject Headings* (MeSH) na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.

|  |  |
| --- | --- |
| Control de autoridades | 
* Wd: Q175732
* MAG: 157425725

 |

|  |  |
| --- | --- |
| Identificadores | 
* EC: 6.2.1.4

 |