Complejos Multienzimáticos

Un complejo multienzimático es un ensamblaje estable en el que varias actividades catalíticas distintas —y a menudo los cofactores que las unen— se mantienen unidas en una única partícula supramolecular. Al co-localizar reacciones secuenciales, dichos complejos pueden coordinar la catálisis, canalizar intermediarios y presentar un único objetivo regulador para toda una secuencia de reacción.

Definition

Un complejo multienzimático es un ensamblaje no covalente (o, en el caso de enzimas multifuncionales, covalente) de dos o más enzimas que catalizan reacciones consecutivas o funcionalmente relacionadas, organizado de modo que la catálisis y, a menudo, la transferencia de intermediarios se coordinan dentro de una única estructura.

Scope

Este tema abarca la definición y arquitectura de los complejos multienzimáticos, ejemplos canónicos como los complejos de alfa-cetoácido deshidrogenasa y la ácido graso sintasa, la distinción entre enzimas multifuncionales fusionadas covalentemente y ensamblajes no covalentes, y los ensamblajes más laxos y transitorios a veces denominados metabolones. Es un tema de referencia y educativo en enzimología y no una guía clínica.

Core questions

• ¿Cómo se organizan varias actividades catalíticas dentro de una única partícula y cómo se establece su estequiometría?
• ¿Qué ventajas funcionales confiere el ensamblaje sobre las mismas enzimas actuando por separado?
• ¿En qué se diferencian las enzimas multifuncionales covalentes de los complejos no covalentes y de los metabolones transitorios?
• ¿Cómo se regulan los complejos completos como unidades?

Key concepts

• Enzima multifuncional versus complejo no covalente
• Núcleo catalítico y subunidades periféricas
• Acoplamiento de cofactores por brazo oscilante
• Metabolón (ensamblaje transitorio de enzimas secuenciales)
• Regulación coordinada de un ensamblaje
• Acoplamiento de sitios activos

Mechanisms

Los complejos multienzimáticos organizan reacciones consecutivas en el espacio. En los complejos de alfa-cetoácido deshidrogenasa descritos por Reed, múltiples copias de tres enzimas componentes se ensamblan alrededor de un núcleo estructural, y un brazo oscilante de lipoílo transporta el intermediario de la reacción entre los sitios activos de los componentes, ilustrando el acoplamiento de sitios activos dentro de un ensamblaje. Srere generalizó esta imagen a complejos de enzimas metabólicas secuenciales, argumentando que la asociación física puede coordinar el flujo y canalizar intermediarios, e introdujo la noción más amplia de metabolón para ensamblajes más laxos que abarcan vías metabólicas. Huang y sus colegas conectan dicha organización con la canalización de sustratos (substrate channeling), mientras que Sweetlove y Fernie enfatizan que muchos ensamblajes son dinámicos, formándose y disolviéndose en respuesta al estado metabólico.

Clinical relevance

Los complejos multienzimáticos llevan a cabo reacciones centrales para el metabolismo energético y la biosíntesis humanos, y los defectos heredados o adquiridos en sus componentes se estudian en el contexto de las enfermedades metabólicas. Esta entrada enmarca cómo se organizan dichos complejos y está destinada a la referencia y la educación; no constituye una base para el diagnóstico o el tratamiento.

History

El trabajo sobre complejos multienzimáticos fue anclado por el estudio de décadas de Reed sobre los complejos de alfa-cetoácido deshidrogenasa, que rastreó el papel del ácido lipoico y reveló cómo múltiples enzimas se ensamblan alrededor de un núcleo con un mecanismo de brazo oscilante. La revisión de Srere de 1987 introdujo el concepto de complejos de enzimas metabólicas secuenciales —y la idea del metabolón— en un uso amplio, y estudios estructurales y dinámicos posteriores, revisados por Sweetlove y Fernie, extendieron la imagen a ensamblajes transitorios y dependientes de las condiciones.

Debates

¿Cuán reales y estables son los metabolones bajo condiciones fisiológicas?

Si las enzimas secuenciales débilmente asociadas forman metabolones funcionalmente significativos in vivo, o si las asociaciones observadas son artefactos de alta concentración o de métodos particulares, sigue siendo una cuestión activa.

Key figures

• Lester J. Reed
• Paul A. Srere
• Frank M. Raushel

Seminal works

• reed-2001
• srere-1987

Frequently asked questions

¿Cuál es un ejemplo clásico de complejo multienzimático?

El complejo de piruvato deshidrogenasa es un ejemplo de libro de texto: combina tres enzimas distintas y utiliza un brazo oscilante de lipoílo para pasar el intermediario entre sus sitios activos, convirtiendo el piruvato en acetil-CoA en una secuencia coordinada.

¿Qué es un metabolón?

Un metabolón es un término, popularizado por Srere, para un complejo supramolecular transitorio de enzimas metabólicas secuenciales que se ensambla para coordinar el flujo a través de una vía y puede disolverse cuando cambian las condiciones.