Estruturas atómicas revelaram os passos catalíticos de uma enzima do ciclo do ácido cítrico

Isocitrato desidrogenase de levedura (topo) e bactérias (fundo).

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Sugar sabe bem. Isto não deve ser surpresa, no entanto, uma vez que a glicose é o combustível central utilizado pelos organismos que respiram oxigénio. O açúcar é decomposto nas vias catabólicas centrais da glicólise e do ciclo do ácido cítrico, e finalmente utilizado na construção do ATP. As enzimas nessas vias quebram sistematicamente as moléculas de glicose em suas partes componentes, capturando a energia da desmontagem a cada etapa. A isocitrato desidrogenase realiza a terceira reação no ciclo do ácido cítrico, que libera um dos átomos de carbono como dióxido de carbono. No processo, dois hidrogênios também são removidos. Um deles, na forma de hidreto, é transferido para o NAD portador (ou NADP), e será utilizado posteriormente para alimentar a rotação da ATP synthase.

Diferentes abordagens para a mesma tarefa

Em nossas células, esta complicada reação é realizada por uma enzima complexa, composta de oito cadeias (a enzima levedura é mostrada no topo da entrada 3blw do PDB ).Quatro cadeias catalíticas (turquesa colorida aqui) realizam a reação, e quatro cadeias reguladoras (azul escuro aqui) ligam e desligam a enzima com base nos níveis de ATP e ADP em nossas células. As bactérias têm uma abordagem mais simples. Elas constroem uma enzima menor composta de duas cadeias idênticas, formando dois locais ativos idênticos (entrada PDB 9icd, mostrada na parte inferior). Nossas células também constroem uma pequena versão de isocitrato desidrogenase, que realiza esta mesma reação no citoplasma celular, intercobrindo isocitrato e alfa-ketoglutarato quando são necessárias para tarefas sintéticas.

Controle por Fosforilação

Isocitrato desidrogenase quinase/fosfatase (laranja) ligada a isocitrato desidrogenase.

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A bactéria isocitrato desidrogenase não é controlada pelos níveis de ATP e ADP como a nossa enzima mitocondrial é, mas as bactérias ainda precisam ser capazes de desligar a sua enzima quando há ATP suficiente. As bactérias regulam suas isocitrato desidrogenase adicionando um fosfato à cadeia proteica, o que bloqueia a reação. A enzima isocitrato desidrogenase quinase/fosfatase (entrada PDB 3lcb , mostrada aqui em laranja) realiza ambas as reacções: adicionando um fosfato para desligar a enzima e removendo-a para activar a enzima. Ele decide qual reação é apropriada com base no nível de AMP na célula: quando os níveis são altos, o AMP se liga a um local regulador, ativando a máquina de remoção de fosfato, caso contrário ele é ativo como uma quinase de adição de fosfato.

Explorando a Estrutura

• Imagem
• JSmol 1

Crystallographers examinaram muitos passos na reação realizada pela isocitrato desidrogenase. As primeiras estruturas estudaram o complexo da enzima com cada um de seus substratos e produtos separados: isocitrato e magnésio(8icd ),NADP (9icd ),e alfa-ketoglutarato (1ika ),bem como a enzima apo (3icd ),e a enzima fosforilada inativa (4icd ).para examinar os detalhes da reação em si, no entanto, foram utilizadas técnicas experimentais especiais. Ao sincronizar cuidadosamente a adição de substratos às formas mutantes da enzima, e depois usando difração de Laue para reunir dados cristalográficos em milissegundos, os pesquisadores foram capazes de observar os intermediários instáveis na reação. Por exemplo, o mutante Y160F retarda o primeiro passo da reação (1ide ), assim a estrutura mostra o complexo ligado de isocitrato, NADP e magnésio, capturado antes que eles tenham a chance de reagir. O K230M mutante abranda o segundo passo, revelando a estrutura do oxalosuccinato intermediário antes de perder o dióxido de carbono (1idc ). Clique na imagem para ver um Jmol interativo dessas estruturas.

Setembro 2010, David Goodsell

doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2010_9