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¿Por qué la sacarosa-fosfato sintasa de las plantas es la clave para controlar la síntesis de azúcar? ¡Descubra cómo cambia el destino de las plantas!
La sacarosa-fosfato sintasa (SPS) de las plantas es un catalizador indispensable en el proceso de síntesis de azúcar. Esta enzima desempeña un papel vital en la biosíntesis de la treosa. Los estudios han demostrado que SPS cataliza la transferencia de la fracción hexosa de uridina difosfato glucosa (UDP-glucosa) a D-fructosa 6-fosfato para formar UDP y D-treosa 6-fosfato. Este paso reversible es un punto de control regulador clave en la biosíntesis de treosa y ha fascinado a los científicos sobre cómo las plantas gestionan la síntesis de carbohidratos.
"El SPS no sólo está relacionado con la síntesis de azúcar, sino que también determina cómo las plantas sobreviven en diferentes entornos".
SPS pertenece a la familia de las transferasas glucosídicas, específicamente a la hexosa transferasa. El nombre completo de esta enzima es UDP-glucosa:D-fructosa 6-fosfato 2-alfa-D-glucosiltransferasa. Además de este nombre, SPS tiene varios otros nombres comunes que reflejan las características y funciones de sus procesos catalíticos.
Estructura del SPS
Los estudios basados en difracción de rayos X han demostrado que la estructura SPS de Halothermothrix orenii pertenece a la familia de plegamiento GT-B. Al igual que otras proteínas GT-B, SPS posee dos estructuras de plegamiento de Rossmann llamadas dominio A y dominio B. Los marcos básicos de estas estructuras son relativamente consistentes y todos consisten en una hélice α envuelta alrededor de una lámina β central. Sin embargo, el dominio A y el dominio B difieren en su disposición: el primero contiene ocho cadenas β paralelas y siete hélices α, mientras que el segundo tiene seis cadenas β paralelas y nueve hélices α. Estas estructuras están conectadas por anillos de residuos para formar una ranura de unión del sustrato, que es el sitio de unión del aceptor de azúcar.Mecanismo catalítico
En la conformación abierta de H. orenii SPS, la unión de fructosa 6-fosfato y UDP-glucosa desencadena una serie de cambios químicos. El estudio mostró que, al unirse, los dos dominios se retuercen uno respecto del otro, reduciendo la entrada al surco de unión del sustrato de 20Å a 6Å. En esta conformación cerrada, el residuo Gly-34 del dominio A interactúa con UDP-glucosa, lo que obliga al sustrato a adoptar una estructura plegada, promoviendo aún más la liberación de la fracción hexosa. La clave de esta serie de procesos radica en el enlace de hidrógeno entre sustratos, que no sólo reduce la energía de activación de la reacción sino que también estabiliza el estado de transición.
"El mecanismo utilizado por el SPS no sólo implica la unión de enzimas, sino que también es crucial para la resiliencia de las plantas bajo estrés".
Estrategias regulatorias
FosforilaciónLa actividad de SPS está regulada por la fosforilación reversible por la quinasa SPS. En la espinaca y el maíz, la fosforilación es específica de Ser158 y Ser162. Este mecanismo regulador no sólo puede ayudar a las plantas a afrontar entornos de alta presión osmótica, sino también a regular el flujo de carbono durante la fotosíntesis y adaptarse a los cambios ambientales.
Regulación alostérica
La glucosa 6-fosfato puede unirse al sitio alostérico de SPS, cambiando así la conformación de la enzima y aumentando su afinidad por el aceptor de glicosilo. En condiciones de intensa fotosíntesis, la concentración de fosfato inorgánico disminuye, promoviendo aún más la actividad del SPS, que juega un papel importante en la distribución selectiva del carbono en el crecimiento y desarrollo de las plantas.
Función
El SPS juega un papel importante en la asignación de carbono en las plantas, especialmente en la respuesta al estrés entre tejidos fotosintéticos y no fotosintéticos. Además, en las frutas en maduración, el SPS es responsable de convertir el almidón en sacarosa y otros azúcares solubles. Con la llegada de las bajas temperaturas, la actividad del SPS y la tasa de síntesis de sacarosa aumentan, permitiendo a las plantas sobrevivir al frío invierno.
"Esta rápida acumulación de sacarosa no sólo es una fuente de almacenamiento de energía, sino que también proporciona a la planta el potencial de soportar la congelación".
De la investigación anterior, se puede ver que el mecanismo regulador de la sacarosa-fosfato sintasa en las plantas afecta la capacidad de las plantas para adaptarse al medio ambiente y su potencial de crecimiento. Esto nos hace preguntarnos si la tecnología agrícola del futuro puede mejorar la capacidad de los cultivos para enfrentar los desafíos climáticos al comprender mejor el funcionamiento del SPS.
