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¿Sabes cómo la sacarosa-fosfato sintasa utiliza la fosforilación para regular el azúcar en las plantas? ¡Resulta que puede afectar a la fotosíntesis!
La sacarosa-fosfato sintasa (SPS) es una enzima crucial en el metabolismo de las plantas. Esta enzima está involucrada en la biosíntesis de sacarosa y juega un papel regulador importante en este proceso. Especialmente durante la fotosíntesis de las plantas, el SPS puede regular la producción de sacarosa según las necesidades del medio ambiente, afectando aún más el crecimiento y desarrollo de las plantas.
La sacarosa-fosfato sintasa es la principal responsable de transferir la unidad de seis carbonos de la glucosa a fructosa hexafosfato para formar sacarosa. Este paso reversible es un punto regulador clave en la síntesis de sacarosa y un excelente ejemplo de una variedad de estrategias de regulación enzimática, incluida la regulación alostérica. y fosforilación reversible.
Estructura de la sacarosa-fosfato sintasa
Los estudios de difracción de rayos X han revelado que el SPS en Halothermothrix orenii pertenece a la familia de pliegues GT-B. Al igual que otras proteínas GT-B, SPS tiene dos dominios de plegamiento de Rossmann, es decir, el dominio A y el dominio B. Generalmente, estos dominios tienen estructuras similares, que consisten en una lámina β central rodeada de hélices α. Sin embargo, el dominio A consta de ocho cadenas β paralelas y siete hélices α, mientras que el dominio B posee seis cadenas β paralelas y nueve hélices α. Estos dominios están conectados por un bucle de residuos de aminoácidos que forma una hendidura de unión al sustrato a la que puede unirse el receptor de la unidad de glucosa. Estudios recientes han demostrado que la estructura SPS de H. orenii es similar a la de las plantas. La conservación de esta estructura proporciona una base para el reconocimiento de anticuerpos relacionados, lo que también nos brinda una nueva perspectiva para comprender mejor el funcionamiento de SPS en plantas. .
Análisis del mecanismo catalítico
En la conformación abierta de SPS de H. orenii, la fructosa 6-fosfato interactúa con ciertos residuos de aminoácidos en el dominio A a través de enlaces de hidrógeno, mientras que la UDP-glucosa interactúa con el dominio B. Los estudios de la estructura cristalina han demostrado que cuando el sustrato se une, los dos dominios se retuercen, reduciendo la entrada de la hendidura de unión del sustrato de 20 angstroms a 6 angstroms. En esta conformación cerrada, los aminoácidos en el dominio A deforman el sustrato, facilitando así la transferencia del grupo de seis carbonos.
Estrategias reguladoras: fosforilación y regulación alostérica
La actividad de SPS se ve afectada por múltiples mecanismos reguladores, uno de los cuales es la fosforilación. La SPS-quinasa puede fosforilar reversiblemente la SPS en residuos de serina, inactivándola así. En las espinacas y el maíz, se han identificado Ser158 y Ser162 como los sitios de esta regulación. Además, esta fosforilación no sólo ayuda a controlar los niveles de sacarosa dentro de las células vegetales, sino que también ayuda a las plantas a ajustar su metabolismo en entornos hiperosmóticos.
Además de controlar la producción de sacarosa, la regulación alostérica del SPS también está estrechamente relacionada con la fotosíntesis. Cuando se produce una alta fotosíntesis, disminuye la concentración de fosfato inorgánico, lo cual es esencial para aumentar la actividad enzimática.
Funciones biológicas del SPS
En el metabolismo de Tyr, SPS participa principalmente en la distribución de carbono en las plantas durante la fotosíntesis y afecta la síntesis de sacarosa y almidón. En la fruta madura, el SPS es responsable de convertir el almidón en sacarosa y otros azúcares solubles. Además, el SPS también participa en la degradación de la sacarosa en las células, formando numerosos circuitos dinámicos de sacarosa que permiten a las plantas cambiar rápidamente su flujo de sacarosa.
En condiciones de baja temperatura, la actividad de SPS y la tasa de biosíntesis de sacarosa aumentan. Esto se debe a que la sacarosa, como forma de almacenamiento de energía, puede metabolizarse rápidamente para satisfacer las necesidades respiratorias de la planta. Además, el aumento de sacarosa puede ayudar a las plantas a resistir los efectos de las bajas temperaturas, lo que les proporciona una estrategia evolutiva adaptativa en entornos adversos.
A medida que los científicos adquieren una comprensión más profunda de la sacarosa-fosfato sintasa, ¿es posible desarrollar nuevas tecnologías de modificación genética de cultivos para mejorar el crecimiento de las plantas y la resistencia al estrés en diferentes entornos?
