Ciclo do glioxilato
O ciclo do glioxilato é unha vía metabólica anabólica, considerada unha variante do ciclo do ácido cítrico, que ten lugar fundamentalmente nas plantas, bacterias (como por exemplo Escherichia coli), protistas, e fungos (por exemplo en lévedos). O ciclo do glioxilato consiste na conversión de acetil-CoA en succinato, o cal se pode usar para a síntese de carbohidratos por gliconeoxénese. Como o acetil-CoA procede xeralmente de lípidos, permite transformar lípidos en azucres.[1] En microorganismos, o ciclo do glioxilato permite ás células utilizar compostos carbonados simples como fonte de carbono cando as fontes máis complexas de glicosa non están dispoñibles.[2] O ciclo é especialmente activo nas sementes en xerminación que almacenan triglicéridos. En xeral, considérase que o ciclo non existe nos animais, con algunhas excepcións, como os nematodos nas fases embrionarias iniciais, pero ultimamente parece que podería existir en máis especies animais, o que está levando a discutir a evolución destes encimas en bacterias e animais.[3][1]
Semellanzas co ciclo do ácido cítricoEditar
O ciclo do glioxilato utiliza tres dos cinco encimas do ciclo do ácido cítrico e comparte varias das súas reaccións intermedias. Os dous ciclos varían só en dúas reaccións, catalizadas pola isocitrato liase e a malato sintase. No ciclo do glioxilato a isocitrato liase (ICL) converte o isocitrato en glioxilato e succinato en vez de producirse unha conversión a α-cetoglutarato coma no ciclo do ácido cítrico.[1] Isto evita os pasos de descarboxilación que teñen lugar no ciclo do ácido cítrico (por iso aquí non se libera CO2), o que permite que compostos simples se usen en posteriores sínteses doutras moléculas como a glicosa.[2] O ciclo do glioxilato continúa, orixinando, a partir de glioxilato e acetil-CoA, malato, en reacción catalizada pola malato sintase (MS), que non actúa no ciclo do ácido cítrico.[1] En cada volta do ciclo do glioxilato incorpóranse dúas moléculas de acetil-CoA (no paso de oxalacetato a citrato común co ciclo do ácido cítrico, e no paso de glioxilato a malato específico do ciclo do glioxilato) e fórmase unha molécula de succinato e outra de NADH a partir de NAD+.
Nas plantas o ciclo do glioxilato ten lugar nos glioxisomas. O succinato formado no ciclo pode entrar no ciclo do ácido cítrico das mitocondrias, e os seus intermediarios poden orixinar fosfoenolpiruvato que entra na gliconeoxénese do citosol.
Reaccións do cicloEditar
1) O acetil-CoA (procedente da beta-oxidación dos ácidos graxos) reacciona co oxalacetato formando citrato. O encima que cataliza esta reacción é a citrato sintase, que tamén actúa no ciclo do ácido cítrico*.
2) O citrato transfórmase en isocitrato pola aconitase, que tamén actúa no ciclo do ácido cítrico*.
3) O isocitrato, por medio dunha reacción catalizada polo encima isocitrato liase, fragméntase en glioxilato e succinato. Este encima é específico do ciclo do glioxilato.
4) O acetil-CoA transfire un acetilo ao glioxilato producindo malato nunha reacción catalizada pola malato sintase, que non actúa no ciclo do ácido cítrico.
5) O malato sofre unha deshidroxenación para formar novamente oxalacetato nunha reacción catalizada pola malato deshidroxenase, tamén presente no ciclo do ácido cítrico.
*Os encimas citrato sintase e aconitase que interveñen no ciclo do glioxilato difiren estruturalmente dos seus homólogos da mitocondria, aínda que catalizan a mesma reacción.[4]
A ecuación global do ciclo:
Papel na gliconeoxéneseEditar
Os ácidos graxos dos lípidos son usados frecuentemente polos vertebrados como fontes de enerxía, degradándoos por medio da beta-oxidación a moléculas de acetato, unidas ao coencima A, formando acetil-CoA. Este entra no ciclo do ácido cítrico para ser completamente oxidado a dióxido de carbono e participar na produción de enerxía respiratoria. Así, as células obteñen enerxía das graxas. Para utilizar este acetil-CoA como fonte de carbonos para a biosíntese de carbohidratos utilízase o ciclo do glioxilato.
Os seres vivos que teñen paredes celulares, como as plantas, fungos e bacterias, requiren grandes cantidades de carbohidratos durante o seu crecemento para dedicalos á bisosíntese dos polisacáridos complexos das súas paredes, como a celulosa, glicanos, e quitina. Nestes organismos, en ausencia de carbohidratos dispoñibles (como sucede en certos ambientes microbianos ou durante a xerminación das sementes das plantas), o ciclo do glioxilato permite a síntese de glicosa a partir de lípidos utilizando o acetil-CoA xerado na β-oxidación dos ácidos graxos. As sementes que almacenan triglicéridos poden utilizar estes durante a xerminación para formar azucres por medio do cico do glioxilato.
O succinato que se libera no ciclo do glioxilato entra no ciclo do ácido cítrico, onde pode dar lugar a malato e oxalacetato. Estes despois poden ser desviados desviados á gliconeoxénese, transformándose primeiro en fosfoenolpiruvato e despois en glicosa. O resultado neto do funcionamento do ciclo do glioxilato é a produción de azucres a partir de graxas.[2]
Funcións en distintos organismosEditar
PlantasEditar
Nas plantas o ciclo do glioxilato ten lugar fundamentalmente nos glioxisomas. Durante a xerminación a planta depende das súas reservas, xa que non empezou a facer aínda a fotosíntese. O ciclo permite que as sementes que almacenan triglicéridos usen estes para producir azucres, que se usarán en biosínteses ou para producir enerxía.
Ademais, grazas ao ciclo, as plantas e bacterias poden vivir con moléculas tan simples como o acetato (ou calquera fonte que poida orixinar acetil-CoA). O acetato é convertido en acetil-CoA, e usado como fonte de enerxía ou como fonte de carbono grazas ao ciclo do glioxilato. O acetil-CoA pode tamén reaccionar co glioxilato para producir coencimas reducidos, que se poden usar para producir enerxía na cadea de transporte electrónico e fosforilación oxidativa [5].
Fungos patóxenosEditar
O ciclo do glioxilato pode servir tamén para un propósito completamente distinto en certas especies de fungos patóxenos. Nestes seres os niveis dos encimas do ciclo do ácido cítrico isocitrato liase e malato sintase increméntanse moito cando están en contacto co seu hóspede humano. Estudos con mutantes de certa especie de fungo que perderon a isocitrato liase demostraron que son significativamente menos virulentos comparados co tipo salvaxe. O vínculo exacto entre estas observacións aínda está sendo explorado, pero pode concluírse que o ciclo do glioxilato é un factor significativo na patoxénese destes microorganismos.[6]
VertebradosEditar
A opinión tradicional era que os vertebrados non tiñan ciclo do glioxilato, porque carecían dos encimas chave isocitrato liase e malato sintase. Pero hoxe isto non está tan claro, e podería ser que o ciclo puidese existir polo menos nalgúns vertebrados.[7][8] Algúns estudos mostran evidencias de que os compoñentes do ciclo do glioxilato existen en cantidades significativas nos tecidos hepáticos dos polos [9]. Outros experimentos proporcionaron evidencias da presenza do ciclo en certos insectos e invertebrados mariños, o que se une ás xa coñecidas probas da súa existencia en nematodos. Porén, outros experimentos refutan esta idea [10]. Tamén hai moita controversia sobre a presenza do ciclo en mamíferos (algunhas publicacións citan que o ciclo está activo nos osos durante a hibernación e outras négano)[11][12]. Por outra parte, non se identificou ningún xene funcional relacionado coa isocitrato liase e malato sintase nos xenomas de mamíferos placentarios, mentres que nalgúns mamíferos non placentarios e outros vertebrados a malato sintase parece ser funcional.[1] A vitamina D podería regular esta vía metabólica nos vertebrados.[13][14][15]
Intentouse, polo momento sen éxito, introducir por Enxeñaría Xenética os xenes dos encimas específicos do ciclo nalgúns mamíferos como as ovellas, para mellorar a produción de la, que se ve limitada pola dispoñibilidade de glicosa [1][16][17]. Por outra parte, o ciclo do glioxilato, presente en microorganismos patóxenos pero non en humanos, podería ser o branco para a preparación de antibióticos. O antibiótico mataría ao patóxeno sen danar aos humanos.[2]
NotasEditar
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Kondrashov, Fyodor A; Koonin, Eugene V; Morgunov, Igor G; Finogenova, Tatiana V; Kondrashova, Marie N (23 October 2006). "Evolution of glyoxylate cycle enzymes in Metazoa: evidence of multiple horizontal transfer events and pseudogene formation". Biology Direct 1: 31. PMC 1630690. PMID 17059607. doi:10.1186/1745-6150-1-31.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Lorenz, Michael; Fink, Gerald; (2002). "Life and Death in a Macrophage: Role of the Glyoxylate Cycle in Virulence". Eukaryotic Cell 1 (5): 657–662. doi:10.1128/EC.1.5.657-662.2002.
- ↑ Popov, EA; Moskalev, EA; Shevchenko, MU; Eprintsev, AT (2005). "Comparative analysis of glyoxylate cycle key enzyme isocitrate lyase from organisms of different systematic groups". Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology 41 (6): 631–639. doi:10.1007/s10893-006-0004-3.
- ↑ Mathews, Van Holde, Ahern (2003). "Procesos oxidativos: ciclo del ácido cítrico y ruta de las pentosas fosfato". En Addison Wesley. Bioquímica (3ª ed.). pp. 568-571. ISBN 84-7829-053-2.
- ↑ Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2002). W. H. Freeman - New York, ed. Biochemistry.[1]
- ↑ Lorenz, Michael; Fink, Gerald (2001). "The Glyoxylate Cycle is Required for Fungal Virulence". Nature 412 (6842): 83–86. doi:10.1038/35083594.
- ↑ V. N. Popov, E. A. Moskalev, M. U. Shevchenko, A. T. Eprintsev (2005). "Comparative Analysis of Glyoxylate Cycle Key Enzyme Isocitrate Lyase from Organisms of Different Systematic Groups". Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology 41 (6).
- ↑ Davis WL, Goodman DB (1992). "Evidence for the glyoxylate cycle in human" 234 (4): 461–8. PMID 1456449. doi:10.1002/ar.1092340402.
- ↑ David, WL; Jones RG, Farmer GR, Dickerson T, Cortinas E, Cooper OJ, Crawford L, Goodman DB (1990). "Identification of Glyoxylate Cycle Enzmes in Chick Liver". PubMed 227: 271–284. PMID 2164796. doi:10.1002/ar.1092270302.
- ↑ Storrey Kenneth (2004). John Wiley and Sons, Inc., ed. Functional Metabolism: Regulation and Adaption. Hobocken, New Jersey. pp. 221–223. ISBN 9780471675570.
- ↑ Davis WL, Goodman DB, Crawford LA, Cooper OJ, Matthews JL (1990). "Hibernation activates glyoxylate cycle and gluconeogenesis in black bear brown adipose tissue". Biochim. Biophys. Acta 1051 (3): 276–8. PMID 2310778. doi:10.1016/0167-4889(90)90133-X.
- ↑ Jones JD, Burnett P, Zollman P (1999). "The glyoxylate cycle: does it function in the dormant or active bear?". Comp. Biochem. Physiol. B, Biochem. Mol. Biol. 124 (2): 177–9. PMID 10584301. doi:10.1016/S0305-0491(99)00109-1.
- ↑ Davis WL, Jones RG, Farmer GR, Dickerson T, Cortinas E, Cooper OJ, Crawford L, Goodman DB (1990). "Glyoxylate cycle in the rat liver: effect of vitamin D3 treatment". The Anatomical record 227 (3): 271–84. PMID 2164796. doi:10.1002/ar.1092270302.
- ↑ Davis WL, Matthews JL, Goodman DB (1989). "Identification of glyoxylate cycle enzymes in chick liver--the effect of vitamin D3: cytochemistry and biochemistry". FASEB 3 (5): 1651–5. PMID 2164796. doi:10.1002/ar.1092270302.
- ↑ Davis WL, Jones RG, Farmer GR, Cortinas E, Matthews JL, Goodman DB (1989). "The glyoxylate cycle in rat epiphyseal cartilage: the effect of vitamin-D3 on the activity of the enzymes isocitrate lyase and malate synthase". Bone 10 (3): 201–6. PMID 2553083. doi:10.1016/8756-3282(89)90054-9.
- ↑ Ward, Kevin A (2000-03). "Transgene-mediated modifications to animal biochemistry". Trends in Biotechnology (en inglés) 18 (3): 99–102. doi:10.1016/S0167-7799(99)01417-1.
- ↑ Ward, Kevin; C. D. Nancarrow (01). "The genetic engineering of production traits in domestic animals". Cellular and Molecular Life Sciences 47 (9): 913–922. doi:10.1007/BF01929882. Consultado o 31 March 2011.