A glicosa-6-fosfato deshidroxenase (G6PD ou G6PDH) () é un encima citosólico que cataliza a seguinte reacción química na que se produce NADP+: D-glicosa 6-fosfato + NADP+ 6-fosfo-D-glicono-1,5-lactona + NADPH + H+
Este encima participa na ruta da pentosa fosfato, unha ruta metabólica que fornece enerxía reducida ás células (como os eritrocitos) ao manter o nivel do coencima fosfato do dinucleótido de nicotinamida e adenina (NADPH). O NADPH, á súa vez, mantén o nivel de glutatión nesas células, o que, por exemplo, axuda a protexer os eritrocitos dos danos oxidativos causados por moléculas como o peróxido de hidróxeno. De grande importancia cuantitativa é a produción de NADPH polos tecidos implicados na biosíntese de ácidos graxos ou isoprenoides, como os do fígado, glándulas mamarias, tecido adiposo e glándulas adrenais. A G6PD reduce o NADP+ a NADPH á vez que oxida a glicosa 6-fosfato.
Clinicamente, unha an deficiencia xenética de G6PD ligada ao cromosoma X predispón as persoas á anemia hemolítica non inmune.
Distribución nas especies
A G6PD está amplamente distribuída en moitas especies, desde bacterias a humanos. Os aliñamentos múltiples de secuencias dunhas 100 G6PD coñecidas de diferentes organismos revelan unha identidade de secuencia que vai do 30% ao 94%. A G6PD humana ten un 30% de identidade na secuencia de aminoácidos con secuencias de G6PD doutras especies. Os humanos tamén teñen dúas isoformas dun só xene que codifica a G6PD. Ademais, documentáronse 150 G6PD mutantes humanas. Estas mutacións son principalmente mutacións de cambio de sentido que teñen como resultado substitucións de aminoácidos, e mentres que algunhas delas causan deficiencia de G6PD, outras non parecen orixinar ningunha diferenza funcional salientable. Algúns científicos propuxeron que algunhas das variacións xenéticas na G6PD humana son o resultado de xeracións de adaptación á infección da malaria.
Outras especies tamén experimentan unha variación na G6PD. En plantas superiores, informouse do descubrimento de varias isoformas de G6PD, que están localizadas no citosol, no estroma plastidial, e nos peroxisomas. Unha G6PD modificada dependente de F420 (oposta á dependente de NADP+) encóntrase en Mycobacterium tuberculosis e é interesante para o tratamento da tuberculose. Unha G6PD bacteriana atopada en Leuconostoc mesenteroides é reactiva ao 4-hidroxinonenal, ademais de á G6P.
Estrutura encimática
esquerda|miniatura|300x300px|Sitio de unión ao substrato da G6PD unida a G6P, de 2BHL. O fósforo móstrase en laranxa. Os átomos de oxíxeno de moléculas de auga cristalográficas móstranse como esferas vermellas. A secuencia conservada de 9 péptidos da G6PD, e a secuencia parcialmente conservada de 5 residuos da G6PD móstrase en cores ciano e maxenta, respectivamente. Todos os demais aminoácidos da G6PD móstranse en negro. Os enlaces de hidróxeno e as interaccións electrostáticas móstranse en liñas descontinuas verdes. Todas as liñas descontinuas verdes representan distancias de menos de 3,7 Å.
A G6PD encóntrase xeralmente en forma de dímero de dous monómeros idénticos. Dependendo das condicións, como o pH, estes dímeros poden dimerizarse e formar tetrámeros. Cada monómero do complexo ten un sitio de unión para o substrato, no que se une a G6P, e un sitio de unión para o coencima catalítico, que se une ao NADP+/NADPH usando o pregamento de Rossmann. Para algúns organismos superiores, como os humanos, a G6PD contén un sitio de unión adicional para o NADP+, chamado o sitio estrutural para o NADP+, que non parece participar directamente na reacción catalizada pola G6PD. O propósito evolutivo do sitio estrutural para o NADP+ non se coñece. En canto ao seu tamaño, cada monómero é de aproximadamente 500 aminoácidos de longo (514 aminoácidos en humanos).
A conservación funcional e estrutural entre a G6PD humana e a de Leuconostoc mesenteroides indica que hai 3 rexións amplamente conservadas no encima, que son: un péptido de 9 residuos no sitio de unión ao substrato, coa secuencia RIDHYLGKE (residuos 198-206 na G6PD humana), unha pegada dactilar de unión a nucleótidos, GxxGDLA (residuos 38-44 na G6PD humana), e unha secuencia parcialmente conservada EKPxG preto do sitio de unión ao substrato (residos 170-174 na G6PD humana), onde utilizamos as abreviaturas dunha letra dos aminoácidos e "x" significa un aminoácido variable. A estrutura cristalina da G6PD revela unha ampla rede de interaccións electrostáticas e enlaces de hidróxeno que implican a G6P, 3 moléculas de auga, 3 lisinas, 1 arxinina, 2 histidinas, 2 ácidos glutámicos e outros aminoácidos polares.
A prolina na posición 172 pénsase que desempeña un papel crucial en situar correctamente a Lys171 con respecto ao substrato G6P. Nas dúas estruturas cristalinas coñecidas da G6PD humana normal, a Pro172 vese exclusivamente na conformación cis, mentres que na estrutura cristalina dun mutante causante dunha enfermidade (variante Canton R459L), a Pro172 vese case exclusivamente na conformación trans.
Unha vez que se dispuxo das estruturas cristalinas, algúns científicos trataron de elaborar modelos das estruturas doutros mutantes. Por exemplo, en estudos de antepasados alemáns, nos que a encimopatía debido á deficiencia de G6PD é rara, os sitios de mutación na G6PD estaban preto do sitio de unión ao NADP+, no sitio de unión á G6P, e preto da interface entre os dous monómeros. Así, as mutacións nestas áreas críticas son posibles sen alterar completamente a función da G6PD. De feito, a maioría das mutacións causantes de doenzas da G6PD aparecen preto do sitio estrutural para o NADP+.
Sitio estrutural para o NADP+
O sitio estrutural para o NADP+ está localizado a máis de 20 Å do sitio de unión ao substrato e o sitio de unión para o coencima catalítico NADP+. O seu propósito na reacción catalizada polo encima non estivo claro durante moitos anos. Durante algún tempo pensouse que o NADP+ unido ao sitio estrutural era necesario para a dimerización dos monómeros do encima. Porén, despois viuse que isto era incorrecto. Por outra parte, demostrouse que a presenza do NADP+ no sitio estrutural promove a dimerización de dímeros para formar os tetrámeros do encima. Tamén se pensaba que o estado tetramérico era necesario para a actividade catalítica, pero isto tamén era falso. Un dato interesante é que o sitio estrutural para o NADP+ é bastante diferente do sitio de unión para o coencima catalítico NADP+, e non contén a pegada dactilar de unión a nucleótidos.
O sitio estrutural unido ao NADP+ posúe interaccións favorables que o manteñen firmemente unido. En concreto, hai unha forte rede de enlaces de hidróxeno con cargas electrostáticas que difunden a través de moitos átomos por medio de enlaces de hidróxeno con 4 moléculas de auga (ver figura). Ademais, hai un conxunto extremadamente forte de interaccións hidrofóbicas de stacking que orixinan sistemas π solapados.
O sitio estrutural demostrouse que é importante para manter a estabilidade a longo prazo do encima. Máis de 40 mutacións de clase I graves implican mutacións preto do sitio estrutural, afectando así á estabilidade a longo prazo destes encimas no corpo, o que finalmente resulta na deficiencia de G6PD. Por exemplo, dúas mutacións de clase I graves, a G488S e a G488V, causan un drástico incremento da constante de disociación entre o NADP+ e o sitio estrutural, multiplicándoa por de 7 a 13. Coa proximidade do residuo 488 á Arg487, pénsase que unha mutación na posición 488 podería afectar ao posicionamento de Arg487 en relación ao NADP+, e así altera a unión.
Regulación
A G6PD converte a G6P en 6-fosfoglicono-δ-lactona e é o e paso limitante encimático da ruta da pentosa fosfato. Así, a regulación da G6PD ten consecuencias augas abaixo da ruta para a actividade do resto da ruta da pentosa fosfato.
A glicosa-6-fosfato deshidroxenase é estimulada polo seu substrato, a G6P. A proporción habitual de NADPH/NADP+ no citosol de tecidos moi implicados nas biosínteses é de aproximadamente 100/1. O aumento da utilización do NADPH para a biosíntese de ácidos graxos incrementa moitísimo o nivel de NADP+, estimulando así a G6PD para producir máis NADPH.
A G6PD está negativamente regulada pola acetilación na lisina 403 (Lys403 ou K403), un residuo evolutivamente conservado. A G6PD acetilada na Lys403 non pode formar dímeros activos e mostrar unha completa perda de actividade. A acetilación da Lys304 impide estericamente que o NADP+ entre no sitio estrutural do NADP+, o cal reduce a estabilidade do encima. As células perciben estímulos oxidativos extracelulares para facer diminuír a acetilación da G6PD de maneira dependente de SIRT2. En ratos a desacetilación mediada por SIRT2 e a activación da G6PD estimula a vía da pentosa fosfato para subministrar NADPH citosólico para contrarrrestar os danos oxidativos e protexer os eritrocitos desa especie.
A regulación pode tamén ocorrer por vías xenéticas. A isoforma, G6PDH, é regulada por factores de transcrición e postranscrición. Ademais, a G6PD é un dos varios encimas glicolíticos activados polo factor de transcrición factor inducible pola hipoxia 1 (HIF1).
Importancia clínica
A G6PD é salientable pola súa diversidade xenética. Describíronse moitas variantes da G6PD, principalmente producidas a partir de mutacións de cambio de sentido cunha ampla gama de niveis de actividade encimática e asociadas con síntomas clínicos. Atopáronse dúas variantes de transcrición que codifican diferentes isoformas deste xene.
A deficiencia de glicosa-6-fosfato deshidoxenase é moi común en todo o mundo, e causa unha anemia hemolítica aguda en presenza de infeccións simples, inxestión de feixóns ou reaccións con certas medicinas, antibióticos, antipiréticos, e antimaláricos. centre|600px O crecemento e proliferación celular vense afectados pola G6PD. Están investigándose inhibidores da G6PD para tratar o cancro e outras condicións. In vitro un ensaio de proliferación de células indica que os inhibidores da G6PD DHEA (deshidroepiandrosterona) e ANAD (6-aminonicotinamida), fan decrecer o crecemento de liñas celulares AML. A G6PD é hipometilatda na Lys403 na leucemia mieloide aguda, o SIRT2 activa a G6PD para aumentar a produción de NADPH e promover a proliferación das células da leucemia.
Notas
Véxase tamén Outros artigos Deficiencia de glicosa-6-fosfato deshidroxenase
Bibliografía
Ligazóns externas - G6PD Deficiency Website ATSDR - G6PD Deficiency
Categoría:Oxidorredutases