Revista de glucómica y lipidómica
Acceso abierto

abstracto

Evaluation of metabolic redox homeostasis in prokaryotes

Sanna Kreula

El trabajo se centra en la homeostasis redox celularen microorganismos procarióticos, y específicamente en factores asociados con el metabolismo del cofactor de nicotinamida y adenina [NADP(H) y NAD(H)] en E. coli y la cianobacteria fotoautotrófica Synechocystis sp. PCC 6803. Estos cofactores participan en numerosas reacciones de transferencia de electrones en la célula, vinculando las reacciones enzimáticas con el metabolismo energético general con reacciones biosintéticas y funciones de limpieza. Obtener una visión completa de las interacciones y los circuitos reguladores es, por lo tanto, de importancia central para comprender la adaptación a diferentes condiciones ambientales, como las involucradas en la transición entre los modos de crecimiento autótrofos y heterótrofos en las cianobacterias. El objetivo principal es estudiar el papel de la transhidrogenasa de nucleótidos de piridina acoplada a gradiente de protones PntAB. Caracterización funcional combinada con modelado estructural de PntAB en Synechocystis sp. Se ha llevado a cabo PCC 6803 y se han creado redes ricas en información para identificar nuevos candidatos implicados en la regulación de NADP(H) en diferentes organismos. Además, PntAB se estudia mediante deleción y sobreexpresión de mutantes en condiciones de fermentación anaerobia y bajo diferentes pH en E. coli. En concreto, la iniciativa es dilucidar en qué medida se produce la regulación del balance redox del cofactor a nivel de rutas catabólicas alternativas en la degradación de la glucosa, y cuál es el papel de PntAB en estas condiciones específicas. El enfoque es generar sobreexpresión de pntAB y cepas knock-out,¹³ glucosa marcada como sonda. La química redox es una parte intrínseca del metabolismo de las plantas. El estado redox celular está determinado por la oxidación o reducción de varias especies activas redox, las cuales están involucradas en un gran número de reacciones metabólicas. En el cloroplasto, los reductores como la ferredoxina (Fdx) y el NADPH son producidos por la cadena de transporte de electrones fotosintéticos y, junto con el ATP, se utilizan para generar fosfatos de azúcar, aminoácidos y muchos otros metabolitos que se suministran al resto de la célula. . Además de esto, el metabolismo de NAD(P)H está involucrado en procesos centrales como la glucólisis, la fermentación y la vía oxidativa de las pentosas fosfato (OPP) en el citosol, el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA), el transporte respiratorio de electrones y los procesos biosintéticos en las mitocondrias. y fotorrespiración en plástidos, mitocondrias y peroxisomas. Además de ser una parte intrínseca del metabolismo, el estado redox juega un papel activo en la regulación metabólica. En este sentido, el estado redox opera como un importante integrador del metabolismo celular y se regula simultáneamente por procesos metabólicos. Esto permite el reajuste de las rutas metabólicas globales y el estado redox.homeostasis en respuesta a cambios en las condiciones ambientales, lo que implica la reprogramación de la expresión génica y la modificación postraduccional de las enzimas dianapor modulaciones de tiol-disulfuro. Las vías de señalización subyacentes solo se han descubierto parcialmente en los años anteriores. Si bien se sabe mucho sobre las señales de estado redox involucradas en la activación de la luz de los procesos fotosintéticos, se sabe poco sobre la regulación redox de otras vías metabólicas en el plástido y del metabolismo extraplastidial. Si bien estudios recientes brindan evidencia de la existencia de señales redox que coordinan el metabolismo y la expresión génica entre diferentes orgánulos, como plástidos, mitocondrias y núcleos, su naturaleza aún no se ha aclarado. En esta revisión, describiremos el control del estado redox del metabolismo y el control metabólico del estado redox tanto a nivel celular como subcelular, centrándonos principalmente en los mecanismos postraduccionales. A pesar de la gran cantidad de literatura relacionada con la expresión génica regulada por el estado redox, solo describiremos esto de pasada dado que es el tema de un par de excelentes revisiones recientes. En la primera parte, se describirán los procesos metabólicos relacionados con el estado redox dentro de su contexto subcelular, con respecto a las propiedades reguladoras del estado redox y las señales intraorgánicas involucradas en su coordinación. En este sentido, nuestro enfoque principal se centra en orgánulos como plástidos, mitocondrias y peroxisomas, y se remite a los lectores a otras revisiones exhaustivas para obtener detalles sobre los aspectos citosólicos y apoplásicos del estado redox con solo una descripción general amplia de las características más importantes en el aquí se proporciona el contexto del metabolismo y la función celular. En la segunda parte, discutiremos la integración a nivel celular mientras nos enfocamos principalmente en las señales interorgánicas que coordinan la regulación del estado redox del metabolismo entre diferentes compartimentos subcelulares. Biología del estado redox de los plastidios Los cloroplastos son orgánulos específicos de plantas con propiedades importantes, siendo la más destacada su capacidad para llevar a cabo la fotosíntesis oxigénica. Durante este proceso, la energía de la luz es absorbida por los fotosistemas I (PS I) y II (PS II) ubicados en la membrana tilacoidal y se utiliza para activar el transporte de electrones fotosintéticos. El flujo lineal de electrones requiere que ambos fotosistemas trabajen en serie, lo que conduce a la transferencia de electrones del agua a NADP ⁺  para generar NADPH como un poder reductor y un gradiente de protones trans-tilacoide que impulsa la síntesis de ATP a través de CF ₀ F ₁ ATPasa. Esto implica la transferencia de electrones de PS II a PS I a través de la plastoquinona (PQ), el citocromo b ₆complejo f y plastocianina como portadores redox adicionales. En el lado del estroma del PS I, los electrones se donan posteriormente a Fdx, que funciona como un transportador de electrones móvil que distribuye electrones a NADP ⁺  a través de Fdx-NADP-reductasa (FNR) para producir NADPH o directamente a procesos específicos ubicados en el estroma, como como la asimilación de S y N, la síntesis de clorofila y ácidos grasos, y las reacciones implicadas en la regulación redox de los cloroplastos. En este último, los electrones se transfieren de Fdx a tiorredoxinas (Trxs) a través de Fdx-Trx-reductasa (FTR). Las Trx son pequeñas proteínas reguladoras que contienen un grupo disulfuro redox activo que controla el intercambio tiol-disulfuro de las proteínas diana. En las plantas, las Trx comprenden una familia de genes de tamaño mediano.con 10 isoformas diferentes (f1–2, m1–4, x, y1–2 y z) ubicadas en el cloroplasto de Arabidopsis, mientras que otras isoformas se encuentran en el citosol y las mitocondrias. Los estudios in vitro que utilizan proteínas purificadas indican que las Trxs f y m están involucradas en la regulación del metabolismo del estroma, mientras que los tipos x, y y z sirven como sustratos reductores para las enzimas antioxidantes. Más recientemente, los estudios genéticos se han utilizado para diseccionar aún más las funciones específicas de diferentes Trxs in vivo, proporcionando evidencia de diferentes isoformas de Trxs f y m que tienen diferentes funciones en las plantas.