Triosefosfato isomerasa

Triosa-fosfato isomerasa (TPI o TIM) es una enzima (EC 5.3.1.1) que cataliza la interconversión reversible de las triosas. isómeros de fosfato dihidroxiacetona fosfato y D-gliceraldehído 3-fosfato.

Dihidroxyacetone fosfato	triose fosfato isomerasa		D- gliceroldehido 3-fosfato
	triose fosfato isomerasa

Compuesto C00111 en KEGG Pathway Database.Enzima 5.3.1.1 en KEGG Base de datos de rutas.Compuesto C00118 en KEGG Base de datos de rutas.

TPI juega un papel importante en la glucólisis y es esencial para la producción eficiente de energía. Se ha encontrado TPI en casi todos los organismos en los que se buscó la enzima, incluidos animales como mamíferos e insectos, así como en hongos, plantas y bacterias. Sin embargo, algunas bacterias que no realizan glucólisis, como los ureaplasmas, carecen de TPI.

En los seres humanos, las deficiencias de TPI se asocian con un trastorno neurológico grave y progresivo llamado deficiencia de triosa fosfato isomerasa. La deficiencia de triosa fosfato isomerasa se caracteriza por anemia hemolítica crónica. Si bien existen varias mutaciones que causan esta enfermedad, la mayoría incluye el reemplazo del ácido glutámico en la posición 104 por ácido aspártico.

La triosa fosfato isomerasa es una enzima altamente eficiente que realiza la reacción miles de millones de veces más rápido de lo que ocurriría naturalmente en solución. La reacción es tan eficiente que se dice que es catalíticamente perfecta: está limitada únicamente por la velocidad a la que el sustrato puede difundir dentro y fuera del sitio activo de la enzima.

Mecanismo

El mecanismo implica la formación intermedia de un enediol. La energía libre relativa de cada estado fundamental y estado de transición se ha determinado experimentalmente y se muestra en la figura.

La estructura de TPI facilita la conversión entre el fosfato de dihidroxiacetona (DHAP) y el gliceraldehído 3-fosfato (GAP). El residuo de glutamato nucleofílico 165 de TPI desprotona el sustrato, y el residuo electrofílico de histidina 95 dona un protón para formar el intermedio Enediol. Cuando se desprotona, el enediolato se derrumba y, abstraiendo un protón del glutamato protonado 165, forma el producto GAP. La catálisis de la reacción inversa continúa análoga, formando el mismo enediol pero con colapso de enediolato del oxígeno en C2.

TPI está limitado por difusión. En términos de termodinámica, la formación DHAP se favorece 20: 1 sobre la producción de brecha. Sin embargo, en la glucólisis, el uso de la brecha en los pasos posteriores del metabolismo impulsa la reacción hacia su producción. TPI es inhibido por los iones de sulfato, fosfato y arsenato, que se unen al sitio activo. Otros inhibidores incluyen 2-fosfogingolato, un análogo de estado de transición y D-glicerol-1-fosfato, un análogo de sustrato.

estructura

triosis fosfato isomerasa es un dímero de subunidades idénticas, cada una de las cuales está compuesta por aproximadamente 250 residuos de aminoácidos. La estructura tridimensional de una subunidad contiene ocho hélices α en el exterior y ocho cadenas β paralelas en el interior. En la ilustración, la columna vertebral de cada subunidad está coloreada en azul a rojo desde N-terminal hasta C-terminal. Este motivo estructural se llama barril αβ, o un barril Tim, y es, con mucho, el pliegue de proteína más comúnmente observado. El sitio activo de esta enzima está en el centro del barril. Un residuo de ácido glutámico y una histidina están involucrados en el mecanismo catalítico. La secuencia alrededor de los residuos del sitio activo se conserva en todas las isomerasas de fosfato triosis conocidas.

La estructura de la isomerasa de fosfato triosa contribuye a su función. Además de los residuos de glutamato e histidina colocados con precisión para formar el enediol, una cadena de TPI de diez o once aminoácidos actúa como un bucle para estabilizar el intermedio. El bucle, formado por los residuos 166 a 176, cierra y forma un enlace de hidrógeno al grupo fosfato del sustrato. Esta acción estabiliza el intermedio Enediol y los otros estados de transición en la vía de reacción.

Además de hacer que la reacción sea cinéticamente factible, el bucle TPI secuestra el intermedio de enediol reactivo para evitar la descomposición al fosfato metilglicoxal e inorgánico. El enlace de hidrógeno entre la enzima y el grupo de fosfato del sustrato hace que tal descomposición sea estereoelectronamente desfavorable. El metilglioxal es una toxina y, si se forma, se elimina a través del sistema de glioxalasa. La pérdida de un enlace fosfato de alta energía y el sustrato para el resto de la glucólisis hace que la formación de metilglicoxal sea ineficiente.

Los estudios sugieren que una lisina cercana al sitio activo (en la posición 12) también es crucial para la función enzimática. La lisina, protonada a pH fisiológico, puede ayudar a neutralizar la carga negativa del grupo fosfato. Cuando este residuo de lisina se reemplaza con un aminoácido neutro, TPI pierde toda la función, pero las variantes con un aminoácido de cargos positivo diferentes conservan alguna función.