Triosa-fosfato isomerase

O mecanismo catalítico implica a formación dun intermediato "enediol". A enerxía libre relativa de cada estado basal e estado de transición foi determinada experimentalmente, e móstrase na figura.^[2]

A estrutura da triosa-fosfato isomerase facilita a conversión entre a dihidroxiacetona fosfato (DHAP) e o gliceraldehido 3-fosfato (GAP). O residuo glutamato 165 nucleofílico da triosa-fosfato isomerase desprotona o substrato,^[4] e o residuo de histidina 95 electrofílico doa un protón para formar o intermediato enediol.^[5][6] Cando se desprotona, o enediolato colápsase e, tomando un protón do glutamato 165 protonado, forma o produto gliceraldehido 3-fosfato. A catálise da reacción inversa procede analogamente, formando o mesmo enediol pero con colapso do enediolato desde o oxíxeno en C2.^[7]

A triosa-fosfato isomerase está limitada pola difusión. En termos termodinámicos, a formación de dihidroxiacetona fosfato está favorecida nunha proporción de 20:1 sobre a produción de gliceraldehido 3-fosfato.^[8] Porén, na glicólise o uso do gliceraldehido 3-fosfato nos seguintes pasos da ruta fai que a reacción se incline cara á súa produción.A triosa-fosfato isomerase é inhibida polos ións sulfato, fosfato, e arseniato, que se unen ao centro activo.^[9] Outros inhibidores son o 2-fosfoglicolato, un análogo do estado de transición, e o D-glicerol 1-fosfato, un análogo do substrato.^[10]

A triosa-fosfato isomerase é unha proteína dímera formada por dúas subunidades idénticas, cada unha das cales está formada por uns 250 residuos de aminoácidos. A estrutura tridimensional de cada subunidade presenta oito hélices α na parte externa e oito cadeas β paralelas no interior. Na ilustración, o modelo de fitas de cada subunidade está coloreado con cor degradada do azul ao vermello desde o N-terminal ao C-terminal. Este motivo estrutural denomínase barril αβ, ou barril TIM. O centro activo deste encima está no centro do barril. No mecanismo catalítico están implicados un residuo de ácido glutámico e unha histidina. A secuencia arredor dos residuos do centro activo está conservada en todas as triosas-fosfato isomerases coñecidas.

A estrutura da triosa-fosfato isomerase contribúe á súa función. Ademais dos residuos de glutamato e histidina situados con precisión para formar o enediol, ten unha cadea de dez ou once aminoácidos que actúa como un bucle que estabiliza o intermediato. O bucle, formado polos residuos 166 ao 176, péchase e forma un enlace de hidróxeno co grupo fosfato do substrato. Esta acción estabiliza o intermediato enediol e o outro estado de transición da reacción.^[7]

Ademais de facer que a reacción sexa factible cineticamente, o bucle confina o intermediato enediol, que é moi reactivo, para impedir a descomposición de metilglioxal e fosfato inorgánico. O enlace de hidróxeno entre o encima e o grupo fosfato do substrato fai que esa descomposición sexa estereoelectronicamente desfavorable.^[7] O metilglioxal é unha toxina e, en caso de que se forme, é eliminada por medio do chamado sistema glioxilase.^[11]A perda dun enlace fosfato de alta enerxía e do substrato para o resto da glicólise fai que a formación de metilglioxal sexa ineficiente.

Os estudos suxiren que unha lisina próxima ao centro activo (na posición 12) é tamén fundamental para a función do encima. A lisina, protonada a pH fisiolóxico, pode axudar a neutralizar a carga negativa do grupo fosfato. Nos mutantes en que esta lisina está substituída por un aminoácido neutro, o encima deixa de funcionar, pero nos mutantes cun aminoácido diferente pero cargado positivamente mantén a súa funcionalidade.^[12]

• Barril TIM
• TPI1

• Triosafosfato isomerase en 3D interactivo en Proteopedia
• Familia da triosafosfato isomerase (TIM) en PROSITE