Isocitrato deshidrogenasa

La IDH1 cataliza las reacciones de descarboxilación oxidativa del isocitrato y del oxalosuccinato utilizando exclusivamente NADP⁺ como aceptor de electrones. El oxalosuccinato es uno de los intermedios de reacción del isocitrato.

Isocitrato + NADP⁺ ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ 2-oxoglutarato + CO₂ + NADPH

Oxalosuccinato + NADP⁺ ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ 2-oxoglutarato + CO₂ + NADPH

La proteína humana tiene una longitud de 414 aminoácidos y se presenta en homodímeros que necesitan por cada uno la unión de un catión magnesio o manganeso. Su localización celular es el citoplasma o el peroxisoma.

Es la variante mitocondrial de la IDH1. Cataliza las reacciones de descarboxilación oxidativa del isocitrato y del oxalosuccinato utilizando también exclusivamente NADP⁺ como aceptor de electrones. La proteína humana tiene una longitud de 452 aminoácidos y se presenta en homodímeros que necesitan por cada uno la unión de un catión magnesio o manganeso.

Participa en el metabolismo intermedio y en la producción de energía estando estrechamente asociada o interaccionando con el complejo piruvato deshidrogenasa.

La IDH3 solamente cataliza la reacción de descarboxilación oxidativa del isocitrato utilizando exclusivamente NAD⁺ como aceptor de electrones.

Isocitrato + NAD⁺ ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ 2-oxoglutarato + CO₂ + NADH

Su localización celular es la mitocondria y se presenta en heteroligómeros de las subunidades alfa, beta y gamma en un ratio 2:1:1. Cada heteroligómero necesita de la unión de un catión magnesio o manganeso. Las características de cada cadena son:

• La cadena alfa se presenta en dos isoformas (1 y 2) siendo la longitud de cada una de ellas 366 y 288 aminoácidos respectivamente.

• La cadena beta también se presenta en dos isoformas (B y A) siendo la longitud de cada una de ellas 385 y 383 aminoácidos respectivamente.

• La cadena gamma tiene una longitud de 393 aminoácidos. Se activa incrementando el ratio ADP/ATP y por la presencia del ion Ca⁺².

La IDH3 se regula alostéricamente.

El cambio de energía libre para la reacción catalizada por la IDH es de -8,4 kJ/gmol, por tanto se puede considerar una reacción irreversible con lo que debe ser regulada cuidadosamente para evitar un consumo excesivo de isocitrato y una acumulación de 2-oxoglutarato. La reacción es estimulada por el mecanismo simple de disponibilidad de sustrato (isocitrato, NAD (P)⁺, Mg⁺² / Mn⁺²), inhibida por producto (2-oxoglutarato y NAD (P) H) e inhibida por ATP por inhibición competitiva feedback.

En el transcurso del ciclo de Krebs, el isocitrato, producido por la isomerización del citrato, es oxidado y descarboxilado. La enzima IDH rodea en su sitio activo al isocitrato mediante los aminoácidos arginina, tirosina, asparagina, serina, treonina y ácido aspártico.

La primera etapa de la reacción es la oxidación del carbono alfa (C#2) del isocitrato formándose oxalosuccinato.^[1][2] En este proceso^[1] el grupo alcohol de este carbono es deprotonado, los electrones fluyen hacia el carbono formándose un grupo cetona y se elimina un ion hidruro usando NAD⁺/NADP⁺ como cofactor aceptor de electrones.

La segunda etapa es la descarboxilación del oxalosuccionato. En esta etapa^[1][2] el oxígeno del grupo carboxilo es deprotonado por un residuo tirosina cercano y los electrones fluyen hacia el carbono 2. El dióxido de carbono deja el carbono beta del isocitrato, los electrones fluyen hacia el oxígeno del grupo cetona cargándose éste negativamente y por último se forma un doble enlace entre los carbonos alfa y beta.

La tercera etapa es la saturación del doble enlace entre los carbonos 2 y 3. En esta etapa,^[1][2] un residuo de lisina deprotona el oxígeno del carbono alfa regenerándose el enlace cetona y formándose un enlace simple entre los carbonos alfa y beta cogiendo un protón de un residuo tirosina cercano.^[3]

La estructura de la isocitrato deshidrogenasa de la Escherichia coli fue la primera estructura en ser construida y entendida.^[3] Ya que la Escherichia coli ha sido usada por muchos investigadores para hacer comparaciones con otras isocitrato deshidrogenasas. Hay mucho conocimiento detallado sobre esta enzima bacterial y se ha encontrado que muchas isocitrato deshidrogenasas son similares en estructura y por lo tanto en funcionalidad. Esta similitud de estructura y función da razones para creer que las estructuras y los aminoácidos están conservados,^[4] por tanto los sitios activos entre muchas isocitrato deshidrogenasas procariotas deberían estar conservados y así se ha observado a través de muchos estudios realizados en enzimas procariotas.

Por otro lado las isocitrato deshidrogenasas eucariotas no han sido estudiadas completamente. Cada dímero de IDH tiene dos sitios activos^[3] al que cada uno enlaza una molécula de NAD⁺/NADP⁺ y un ion metal (Mg⁺², Mn⁺²). En general cada sitio activo tiene una secuencia conservada de aminoácidos para cada sitio de unión específico. En las enzimas de la Desulfotalea psychrophila (DpIDH)^[3] y en la del cerdo (PcIDH)^[5] hay tres sustratos unidos al sitio activo.

• El isocitrato se une en el sitio activo a una secuencia de aproximadamente ocho aminoácidos a través de puentes de hidrógeno. Estos aminoácidos incluyen tirosina, serina, asparagina, arginina, tirosina y leucina. Sus posiciones pueden variar pero todos están situados en un rango cercano. Por ejemplo Arg131 DpIDH y Arg133 PcIDH, Tyr138 DpIDH y Tyr140 PcIDH.^[3]

• El ion metal se une con tres residuos conservados a través de puentes de hidrógeno. Estos aminoácidos son tres residuos aspartato.^[3]

• El NAD⁺ y NADP⁺ se unen en el sitio activo en cuatro regiones con propiedades similares entre las enzimas IDH. Estas regiones varían pero están alrededor de [250-260], [280-290], [300-330] y [365-380].^[3]