Adenilosuccinato liasa

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La adenilosuccinato liasa (o adenilosuccinasa) es una enzima que en los seres humanos está codificada por el gen ADSL.

La adenilosuccinato liasa convierte el adenilosuccinato en AMP y fumarato como parte del ciclo de nucleótidos de purina. La ASL cataliza dos reacciones en la vía biosintética de purina que produce AMP: la ASL escinde el adenilosuccinato en AMP y fumarato, y escinde el SAICAR en AICAR y fumarato.

La adenilosuccinato liasa forma parte de la superfamilia de enzimas de eliminación β y actúa a través de un mecanismo de reacción E1cb. La enzima es un homotetrámero con tres dominios en cada monómero y cuatro sitios activos por homotetrámero.

Las mutaciones puntuales en el adenilosuccinato que causan una actividad enzimática reducida provocan síntomas clínicos característicos de la deficiencia de adenilosuccinato liasa.

Esta proteína puede utilizar el modelo de regulación alostérica de la morfeína.

Función

Este diagrama de flujo muestra los pasos en la biosíntesis de AMP. Pasos en los pasos del espectáculo verde catalizados por ASL Pasos en rojo mostrar la defosforilación de los sustratos de ASL

La adenilosuccinato liasa (ASL) es una enzima que cataliza dos reacciones en la vía de biosíntesis de novo de las purinas. En ambas reacciones, utiliza un mecanismo de reacción de eliminación de E1cb para separar el fumarato del sustrato. En la primera reacción, la ASL convierte el 5-aminoimidazol-(N-succinilocarboxamida) ribótido (SAICAR) en 5-aminoimidazol-4-carboxamida ribótido (AICAR) y fumarato. El AICAR pasa por tres reacciones más antes de convertirse en adenilosuccinato (también llamado succiniladenosina monofosfato o SAMP), que luego la ASL divide en adenosina monofosfato (AMP) y fumarato. La ASL es importante para las células no solo por su participación en la creación de purinas necesarias para la replicación celular, sino también porque ayuda a regular los procesos metabólicos al controlar los niveles de AMP y fumarato en la célula.

ASL cleaves SAICAR into AICAR and fumarate, and adenylosuccinate into AMP and fumarate. Esta figura fue inspirada en uno de un periódico de Toth y Yeates.

Estructura

Subunidades

La adenilosuccinato liasa pertenece a la superfamilia de la β-eliminación y, como tal, su estructura es un homotetrámero. El monómero de la adenilosuccinato liasa tiene tres dominios. En Thermotoga maritima, el dominio 1 contiene 7 hélices α en los residuos 1-93, incluida la His68, que está muy conservada y se pensaba anteriormente que era el ácido catalítico en el sitio activo. Estudios más recientes han postulado que la His171 en el dominio 2, que anteriormente se pensaba que era una base catalítica, puede de hecho estar actuando como ácido catalítico, al menos en Escherichia coli. El dominio 2 está formado por los residuos 94-341 y contiene 5 hélices α y la única lámina β del monómero. El dominio 3 está formado por 7 hélices α. El núcleo del tetrámero está formado por las cuatro copias del dominio 2, y hay dos copias de cada uno de los dominios 1 y 3 en cada extremo del tetrámero, lo que le da al tetrámero simetría diedral D2. El tetrámero tiene cuatro sitios activos, cada uno de los cuales es donde se encuentran tres dominios.

La adenilosuccinato liasa en humanos y en Bacillus subtilis puede ser inhibida competitivamente por el sustrato análogo ácido adenosín fosfonobutírico 2’(3’), 5’-difosfato (APBADP). El APBADP es un inhibidor competitivo de ambas reacciones catalizadas por la adenilosuccinato liasa, y los estudios cinéticos con APBADP muestran que los sustratos para ambas reacciones utilizan el mismo sitio activo. En la reacción catalizada por ASL que divide el adenilosuccinato en monofosfato de adenosina (AMP) y fumarato, el AMP debe rotar ligeramente después de que se complete la reacción y antes de que se libere el fumarato para que ambos productos encajen en el sitio activo.

Mutaciones

Los mutantes de adenilosuccinato liasa pueden tener una actividad considerablemente reducida, ya sea que la mutación se encuentre dentro o fuera del sitio activo. Los mutantes de ASL causantes de enfermedades R396C y R396H están en la entrada del sitio activo y tienen una Vmax menor que la ASL de tipo salvaje, pero los mutantes K246E y L311V que están lejos del sitio activo también causan una Vmax reducida. El mutante de ASL R194C está lejos del sitio activo y, aunque mantiene una Vmax similar a la ASL de tipo salvaje, se demostró que es el menos estable conformacionalmente de los cinco mutantes in vitro y aún causa enfermedad.

Mecanismo

Se pensaba anteriormente que el mecanismo de acción de la adenilosuccinato liasa era una catálisis concertada en la que el hidrógeno del carbono β (con respecto al nitrógeno saliente) era abstraído por la base catalítica al mismo tiempo que el nitrógeno saliente era protonado por el ácido catalítico para la eliminación de E2. Datos más recientes contradicen esta idea y han confirmado que el mecanismo no es, de hecho, concertado, sino que la abstracción se produce primero y hay una especie intermedia de carbanión que se estabiliza por resonancia. En ambas reacciones catalizadas por ASL, primero se produce la desprotonación del carbono β al nitrógeno saliente, luego se produce la formación y estabilización por resonancia del carbanión y, por último, la protonación del nitrógeno saliente que hace que se rompa el enlace C-N. La confirmación experimental de la desprotonación, la formación del carbanión y el paso limitante de la velocidad de la protonación que causa la escisión significa que se trata de un mecanismo E1cb. Los datos más recientes sugieren que el ácido catalítico es His171, que anteriormente se creía que era la base catalítica, y que, de manera un tanto inusual, es una serina en la posición 295 la que actúa como base catalítica. La escisión del adenilosuccinato a AMP y fumarato es un mecanismo uni-bi ordenado, lo que significa que después de la escisión, el fumarato abandona el sitio activo antes que el AMP.

Mecanismo de acción de ASL. Primero el ácido desprotona el β-carbon, luego se forma un carbanión y se estabiliza la resonancia, por último el nitrógeno acepta un protón y el vínculo C-N se libera. Esta figura fue inspirada en un papel de Tsai et al. NOTA: la estructura de fumarato en esta figura está equivocada. Debe haber un doble vínculo, en configuración trans, entre átomos de carbono 2 y 3.

Papel en la enfermedad

La adenilosuccinato liasa mutada (ASL) causa una enfermedad clínica en los pacientes que se conoce como deficiencia de adenilosuccinato liasa. Esta afección es poco frecuente y se presenta con distintos grados de retraso psicomotor, autismo, atrofia muscular y epilepsia. Se desconoce la causa exacta de la enfermedad, pero las posibilidades incluyen una síntesis insuficiente de nucleótidos de purina para la replicación celular, un mal funcionamiento del ciclo de nucleótidos de purina y una acumulación de sustratos hasta niveles tóxicos. Se han identificado varias mutaciones puntuales vinculadas a la enfermedad y quienes son heterocigotos para una mutación puntual están sanos, pero quienes son homocigotos desarrollan la enfermedad clínica. El número de genotipos causantes de enfermedades sigue aumentando a medida que se descubren más mutaciones y, hasta ahora, se han identificado treinta mutaciones puntuales diferentes y una deleción que causan deficiencia de adenilosuccinato liasa.

Cuando los sustratos de la ASL (adenilosuccinato y SAICAR) se acumulan debido a una deficiencia enzimática, se desfosforilan y se convierten en succiniladenosina (S-Ado) y succinilaminoimidazol carboximida ribósido (SAICA ribósido). Normalmente, estos compuestos no están presentes en el líquido cefalorraquídeo ni en la orina porque la ASL actúa sobre la mayoría de las moléculas de sustrato antes de que puedan acumularse y ser fosforiladas. En el pasado no existía una buena prueba para la deficiencia de adenilosuccinato liasa, lo que dificultaba el diagnóstico de esta rara enfermedad, pero recientemente se desarrolló una prueba para detectar SAICA y S-Ado en la orina. La prueba es económica y no tuvo falsos positivos ni falsos negativos en la pequeña muestra de los investigadores.

Se cree que el ribósido SAICA puede ser el compuesto más tóxico, ya que se encuentra en niveles más altos en pacientes con síntomas clínicos graves, y algunos investigadores piensan que el S-Ado puede incluso tener un efecto protector. Es necesario realizar más investigaciones sobre qué determina la gravedad de la enfermedad, pero la inestabilidad del lenguaje de signos humano en el entorno de laboratorio ha sido un obstáculo para esta investigación.

Aplicaciones terapéuticas

A medida que aumenta la resistencia a los antipalúdicos, los investigadores están buscando nuevas estrategias para atacar a los parásitos Plasmodium que causan la malaria, especialmente el más letal P. falciparum. Algunos investigadores sugirieron que se estudiara el ASL como un posible objetivo farmacológico porque, aunque la interrupción de la vía de biosíntesis de purina de novo es tóxica para el huésped, el ASL de Plasmodium tiene un bajo nivel de homología de secuencia con el ASL humano, lo que puede hacer que cualquier fármaco contra el ASL de Plasmodium sea lo suficientemente específico como para no dañar a los huéspedes humanos.

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  • Localización del genoma ADSL humano y página de detalles del gen ADSL en el explorador del genoma UCSC.
  • Localización humana del genoma ASL y página de detalles del gen ASL en el navegador del genoma UCSC.
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