Los científicos descubren la regla de la enzima que cataliza la elongación de cadena en el camino terpenoide

Los científicos de Max Planck en Jena, Alemania, han descubierto una regla inusual de las enzimas que catalizan la elongación de cadena en un metabolismo secundario importante, el camino terpenoide. En los cochleariae de Phaedon del martinete de hoja del rábano picante una única enzima puede accionar la producción de dos substancias totalmente diversas dependiendo de si es regulada por los iones del cobalto, del manganeso o del magnesio: los iridoids, que son substancias defensivas las larvas utilizan para repeler depredadores, o las hormonas juveniles, que controlan el revelado del insecto. Las instalaciones desemejantes de los insectos no tienen un arsenal grande de las proteínas llamadas los synthases del difosfato del isoprenyl. Por lo tanto pudieron haber desarrollado otra opción eficiente para canalizar los metabilitos en las diversas direcciones del metabolismo terpenoide usando los iones del metal para el mando. (PNAS, edición temprana, el 25 de febrero de 2013, DOI: 10.1073/pnas.1221489110)

Productos naturales: 40.000 terpenos

Aparte del metabolismo primario que produce las substancias que aseguran la supervivencia de las células, hay caminos biosintéticos adicionales en todos los organismos. Sus productos pueden ser menos importantes para una célula, pero pueden sin embargo ser esenciales para el organismo entero. Estos caminos se resumen como metabolismo secundario. Uno de ellos es el camino terpenoide: con más de 40.000 diversas estructuras sabidas genera una de las clases más grandes de productos naturales. Las moléculas terpenoides tienen funciones diversas y pueden actuar como componentes en caminos moleculares de la transmisión de señales, como las toxinas, las fragancias u hormonas.

La unidad básica de todos los terpenos es una molécula simple que contiene cinco átomos de carbono que se puedan ensamblar a las cadenas de diverso largo. Hay monoterpenos (unidades C10, 2 x C5), sesquiterpenos (C15, 3 x C5), e incluso polímeros, tales como caucho natural, que comprende varios cientos de unidades C5. Las enzimas especiales median la elongación de cadena. Estas enzimas han atraído la curiosidad de científicos en el Max Planck Institute para la ecología química, Jena, y el instituto de Leibniz para la bioquímica de la instalación en Halle. Estudiaron opciones mecánicas de cómo se regula la elongación de la cadena.

Iones del metal en vez de las enzimas especializadas

Las enzimas implicadas en la elongación de cadena pertenecen al grupo de synthases del difosfato del isoprenyl. Tal enzima fue aislada de las larvas de los cochleariae de Phaedon del martinete de hoja del rábano picante. Aumentó el interés de Antje Burse, líder del grupo de proyecto en el departamento de la química de Bioorganic en el Max Planck Institute para la ecología química.

Los experimentos con las larvas en las cuales el gen de la codificación de la enzima fue impuesto silencio mostraron que la proteína estuvo implicada en la formación del monoterpeno C10 chrysomelidial que las larvas producen para defender ellos mismos contra depredadores. Las larvas acumulan este monoterpeno en casquillos del prensaestopas especiales y lo liberan como secreción defensiva cuando son atacadas por sus enemigos, tales como hormigas.

Sin embargo, los resultados asombrosamente emergieron después de la caracterización bioquímica completa de la enzima. “Después de que habíamos conducto un análisis in vitro de la proteína, incluyendo mediciones de la formación del producto en presencia de diversos iones del metal como cofactores, nos sorprendieron descubrir que solamente el difosfato geranyl (C10), un precursor para la substancia defensiva chrysomelidial, fue producido después de la adición de los iones del cobalto y del manganeso. Por otra parte, agregar los iones del magnesio dio lugar a la formación del difosfato del farnesyl (C15), un precursor potencial para las hormonas juveniles, que es 5 átomos de carbono más de largo,” dice al científico. Los tres metales fueron encontrados en el tejido larval, llevando a la suposición que la catálisis de la enzima es dirigida por los diversos cofactores del metal en las larvas, cualquiera es predominante en cantidad: Hacia − de la toxina o de la hormona fisiológico una diferencia principal.

Las comparaciones de la serie no pueden reemplazar un análisis bioquímico completo

Cómo los diversos iones del metal se modifican la gama de productos de la enzima es todavía no entendible. Es muy probable que los radios atómicos diversos de los iones del metal implicados en el efecto de la catálisis cambien en la estructura espacial de la enzima, que previenen o permiten la admisión de una tercera unidad C5 y por lo tanto resultado en la producción de las moléculas C10 o C15.

“Nuestros experimentos ofrecen dos conclusión importantes,” dice a Wilhelm Boland, director en el Max Planck Institute. “Primero, la influencia de dirección de los iones del metal en la formación del producto de synthases del difosfato del isoprenyl es “un elemento de mando nuevo” en la regla del metabolismo del terpeno que se debe incluir en los marcos experimentales futuros. Y en segundo lugar: La diversidad de moléculas terpenoides no se puede atribuir solamente a la especificidad amplia del substrato de algunas enzimas en los pasos pasados del camino metabólico, sino es de hecho ya inherente en pasos biosintéticos tempranos.” La naturaleza continúa ofrecer respuestas interesantes a la pregunta cómo los organismos manejan producir decenas de miles de diversos metabilitos secundarios.