Metabolismo energético y del poder reductor en células autótrofas y heterótrofas

Abstract

Glycolysis is a central and ubiquitous metabolic pathway that in plants oddly occurs in parallel in the cytosol and the plastids. This pathway, oxidizing hexoses to generate ATP, reduced power, and building blocks for anabolism; is particularly complex in the cytosol of plants cells where alternative enzymes can in parallel utilize intermediates like fructose-6P, glyceraldehyde-3P (Ga3P) and phosphoenolpyruvate. This work is centered in the study of the two cytosolic Ga3P deshydrogenases (Ga3PDHases) that catalize the oxidation of Ga3P to 3-phosphoglycerate (3PGA). The classical Ga3PDHase is NAD+ dependent and oxidize Ga3P using Pi and generating NADH and 1,3bisPGA, the latter is then converted to 3PGA and ATP by a specific kinase. This route represents a key glycolytic step as it allows energy conservation by generating ATP from Pi. The alternative pathway involves the non phosphorylating, NADP+ dependent, Ga3PDHase that catalyzed the irreversible hydrolysis of Ga3P to 3PGA generating NADPH. The occurrence of these two different Ga3P oxidizing pathways is not trivial for the cell energetic because depending on the enzyme catalyzing this step the cell is able to obtain energy (ATP and NADH) or reducing power (NADPH). During this Thesis, working with the enzymes from wheat produced as recombinant polipeptides, we found that both Ga3PDHases can be post- translational regulated by redox and phosphorylation mechanism. This could allow a fine regulation and coordination of the enzymes activities adjusting the metabolism of triose-P to the energetic demands and the global carbon metabolism.

La glucólisis es una vía metabólica central y ubicua, que en plantas tiene la particularidad de ocurrir en paralelo en el citosol y los plástidos. Esta vía, que permite oxidar hexosas para obtener energía, poder reductor y sustratos para reacciones anabólicas, es una red particularmente compleja en el citosol de células vegetales que posee enzimas que pueden utilizar paralelamente intermediarios como la fructosa-6P, gliceraldehído-3P (Ga3P) y fosfoenolpiruvato. En este trabajo estudiamos las dos Ga3P deshidrogenasas (Ga3PDHasas) citosólicas que oxidan el Ga3P a 3-fosfoglicerato (3PGA). La enzima clásica es una Ga3PDHasa dependiente de NAD+, que convierte el Ga3P utilizando Pi y generando NADH, en 1,3bisPGA, luego convertido a 3PGA y ATP por una quinasa específica. Esta ruta representa un paso glucolítico clave de conservación de energía a partir de Pi al sintetizarse ATP. El camino alternativo involucra a la Ga3PDHasa no fosforilante, dependiente de NADP+, que cataliza la hidrólisis irreversible del Ga3P a 3PGA generando NADPH. Esta bifurcación no es trivial para la energética celular, ya que dependiendo de qué enzima catalice la oxidación del Ga3P la célula va a obtener energía (ATP y NADH) o poder reductor (NADPH). Durante esta Tesis, trabajando con las enzimas de trigo producidas en forma recombinante, encontramos que las dos Ga3PDHasas se encuentran reguladas post-traduccionalmente por mecanismos redox y de fosforilación, lo cual podría permitir una regulación fina y la coordinación de la actividad de estas dos enzimas en el contexto global del metabolismo del carbono en células vegetales, ajustándolas a las necesidades energéticas celulares.