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Você sabe como a sacarose-fosfato sintase usa a fosforilação para regular o açúcar nas plantas? Acontece que ela pode afetar a fotossíntese!
A sacarose-fosfato sintase (SPS) é uma enzima crucial no metabolismo vegetal. Esta enzima está envolvida na biossíntese da sacarose e desempenha um importante papel regulador neste processo. Especialmente durante a fotossíntese das plantas, o SPS pode regular a produção de sacarose de acordo com as necessidades do ambiente, afetando ainda mais o crescimento e o desenvolvimento das plantas.
A sacarose-fosfato sintase é a principal responsável por transferir a unidade de seis carbonos da glicose para a frutose hexafosfato para formar sacarose. Esta etapa reversível é um ponto regulatório chave na síntese de sacarose e um excelente exemplo de uma variedade de estratégias de regulação enzimática, incluindo regulação alostérica. e fosforilação reversível.
Estrutura da sacarose-fosfato sintase
Estudos de difração de raios X revelaram que o SPS em Halothermothrix orenii pertence à família de dobras GT-B. Semelhante a outras proteínas GT-B, a SPS tem dois domínios de dobra de Rossmann, ou seja, domínio A e domínio B. Geralmente, esses domínios têm estruturas semelhantes, consistindo de uma folha β central cercada por α-hélices. Entretanto, o domínio A consiste em oito fitas β paralelas e sete hélices α, enquanto o domínio B possui seis fitas β paralelas e nove hélices α. Esses domínios são conectados por um laço de resíduos de aminoácidos que forma uma fenda de ligação ao substrato à qual o receptor da unidade de glicose pode se ligar. Estudos recentes têm mostrado que a estrutura SPS de H. orenii é semelhante à das plantas. A conservação desta estrutura fornece uma base para o reconhecimento de anticorpos relacionados, o que também fornece uma nova perspectiva para entendermos melhor a operação do SPS em plantas. .
Análise do mecanismo catalítico
Na conformação aberta de H. orenii SPS, a frutose 6-fosfato interage com certos resíduos de aminoácidos no domínio A por meio de ligações de hidrogênio, enquanto a UDP-glicose interage com o domínio B. Estudos de estrutura cristalina mostraram que, quando o substrato se liga, os dois domínios se torcem, reduzindo a entrada da fenda de ligação do substrato de 20 angstroms para 6 angstroms. Nessa conformação fechada, os aminoácidos no domínio A deformam o substrato, facilitando assim a transferência do grupo de seis carbonos.
Estratégias regulatórias: fosforilação e regulação alostérica
A atividade do SPS é afetada por múltiplos mecanismos regulatórios, um dos quais é a fosforilação. A SPS-quinase pode fosforilar reversivelmente o SPS em resíduos de serina, inativando-o. No espinafre e no milho, Ser158 e Ser162 foram identificados como os locais dessa regulação. Além disso, essa fosforilação não apenas ajuda a controlar os níveis de sacarose nas células vegetais, mas também ajuda as plantas a ajustar seu metabolismo em ambientes hiperosmóticos.
Além de controlar a produção de sacarose, a regulação alostérica do SPS também está intimamente relacionada à fotossíntese. Quando ocorre alta fotossíntese, a concentração de fosfato inorgânico diminui, o que é essencial para aumentar a atividade enzimática.
Funções biológicas do SPS
No metabolismo do Tyr, o SPS está envolvido principalmente na distribuição de carbono nas plantas durante a fotossíntese e afeta a síntese de sacarose e amido. Em frutas maduras, o SPS é responsável por converter o amido em sacarose e outros açúcares solúveis. Além disso, o SPS também está envolvido na degradação da sacarose nas células, formando vários circuitos dinâmicos de sacarose que permitem que as plantas alterem rapidamente seu fluxo de sacarose.
Em condições de baixa temperatura, a atividade do SPS e a taxa de biossíntese de sacarose aumentam. Isso ocorre porque a sacarose, como forma de armazenamento de energia, pode ser metabolizada rapidamente para atender às necessidades respiratórias da planta. Além disso, o aumento da sacarose pode ajudar as plantas a resistir aos efeitos das baixas temperaturas, o que fornece às plantas uma estratégia adaptativa evolutiva em ambientes adversos.
À medida que os cientistas obtêm uma compreensão mais profunda da sacarose-fosfato sintase, é possível desenvolver novas tecnologias de modificação genética de culturas para melhorar o crescimento das plantas e a resistência ao estresse em diferentes ambientes?
