El enclave evolutivo de la síntesis de carbohidratos de reserva en bacterias: Caracterización de nucleósido-difosfo-azúcar pirofosforilasas y glucosil-transferasas

Abstract

Leloir y sus colaboradores descubrieron los NDP-azúcares, siendo los derivados con glucosa (NDP-Glc) los más importantes. Estos derivados son los dadores glucosídicos que permiten la síntesis de glucanos y distintos disacáridos. La biosíntesis de glucanos es una estrategia empleada por numerosos organismos para almacenar reservas intracelulares de energía y carbono. La ADP-Glc pirofosforilasa (ADP-Glc PPasa) es esencial para la síntesis de glucógeno y almidón en bacterias y plantas, respectivamente. Esta enzima utiliza Glc-1P y ATP para producir ADP-Glc, siendo regulada alostéricamente por metabolitos que reflejan los niveles de energía celular. La glucógeno sintasa (GSasa) cataliza la transferencia del residuo glucosilo desde el NDP-Glc a una cadena α-1,4-(Glc)n, alargando el polímero en una unidad. Este trabajo de Tesis se centra en la caracterización de ADP-Glc PPasas y GSasas de diferentes organismos. Se estudió la ADP-Glc PPasa de las cianobacterias Melainabacteria y Anabaena, así como la GSasa de Bradyrhizobium japonicum, que tiene genes duplicados para esta enzima. La sacarosa es un producto de la fotosíntesis que se acumula en organismos fototróficos como plantas, algas y cianobacterias. En nuestro laboratorio, detectamos que Nitrosomonas europaea, una bacteria quimiolitoautótrofa, conserva genes relacionados con el metabolismo del glucógeno y la sacarosa. En este trabajo de Tesis, se realizó el análisis de la enzima SucPSasa de tipo II de N. europaea. Asimismo, se presentan nuevas herramientas para el crecimiento, manipulación y estudio de la bacteria N. europaea.

NDP-sugars were discovered by Leloir and coworkers. The derivatives containing glucose (NDP-Glc) are quantitatively the most important. These derivatives are the glucosyl donors that enable the synthesis of glucans and various disaccharides. The biosynthesis of glucans is a strategy used by many organisms to store intracellular energy and carbon reserves. ADP-Glc pyrophosphorylase (ADP-Glc PPase) is essential in glycogen and starch biosynthesis in bacteria and plants, respectively. The enzyme uses Glc-1P and ATP to produce ADP-Glc and is allosterically modulated by metabolites indicating the intracellular energy levels. Glycogen synthase (GSase) catalyzes the transfer of the glucosyl residue from NDP-Glc to an α-1,4-(Glc)n chain to extend the polymer in one unit. This Thesis work focuses on the characterization of ADP-Glc PPases and GSases from different organisms. The ADP-Glc PPase from the cyanobacteria Melainabacteria and Anabaena, as well as the GSase from Bradyrhizobium japonicum, which has duplicated genes for this enzyme, were studied. Sucrose is a photosynthetic product that accumulates in phototrophic organisms such as plants, algae, and cyanobacteria. We detected that Nitrosomonas europaea, a chemolithoautotrophic bacterium, retains genes related to glycogen and sucrose metabolism. In this Thesis, the analysis of the type II SucPSase enzyme from N. europaea was carried out. Additionally, new tools for the growth, manipulation, and study of N. europaea are presented.