GENIO Y FIGURA DE LA BETAÍNA ALDEHÍDO DESHIDROGENASA

Oxidación de la cisteína catalítica
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Muñoz Clares y Velasco García
Las BADHs vegetales involucradas en la respuesta al estrés osmótico están localizadas
en el cloroplasto y se sabe que las reacciones de transporte de electrones en este organelo
generan especies reactivas de oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés) por transferencia
incompleta de electrones a los aceptores fisiológicos finales. Bajo las condiciones de estrés
osmótico en las que la BADH de cloroplasto funciona, la producción de ROS se incrementa
debido a que el cierre de los estomas, que es la primera respuesta de la planta para evitar la
pérdida de agua por transpiración, conduce a una disminución en las reacciones de asimilación
del CO2 y por tanto a una disminución en los niveles de aceptores de electrones. Se sabe
también que durante la invasión de P. aeruginosa las células infectadas, como un mecanismo de
defensa, producen ROS, a las que tiene que enfrentarse la bacteria (27). Como consecuencia,
las BADHs de ambas fuentes funcionan en ambientes con estrés oxidativo, lo que parecería
ponerlas en una situación especialmente difícil ya que, como hemos mencionado, su catálisis
depende de la existencia en el sitio activo de un tiolato excepcionalmente reactivo y por tanto
muy susceptible a oxidación. Se podría esperar por ello que estas enzimas fuesen rápidamente
inactivadas bajo las condiciones oxidativas del cloroplasto o del sitio de infección. Sin embargo,
puesto que ambas son activas bajo esas condiciones, es mucho más lógico suponer que han
desarrollado algún mecanismo que les permite evitar la oxidación de su cisteína esencial, y que
incluso pudieran sacar ventaja de las condiciones oxidativas para regular su actividad.
Para explorar este posible mecanismo tratamos in vitro tanto a la BADH bacteriana como
a la de la planta con peróxido de hidrógeno y confirmamos que efectivamente ambas enzimas
son bastante resistentes a oxidación por este compuesto, incluso a concentraciones superiores a
las que pueden darse in vivo. Sin embargo, cuando el tratamiento se realizó en presencia de
betaína aldehído, ambas enzimas fueron altamente susceptibles de oxidación, inactivándose en
su totalidad la enzima bacteriana y hasta un máximo de aproximadamente 50% la enzima
vegetal. Este es un resultado sorprendente porque era de esperarse que el aldehído al
reaccionar en forma covalente con el tiolato catalítico - primer paso de la catálisis - lo protegería
de la oxidación. ¿Por qué entonces encontramos el efecto opuesto? La explicación definitiva no
la tenemos por el momento, pero podría deberse a que este experimento se realiza bajo
condiciones no catalíticas, es decir en ausencia de la coenzima, por lo que se forma un complejo
enzima-betaína aldehído que no se forma durante la catálisis cuando tanto el aldehído como la
coenzima están presentes, ya que la enzima une a la coenzima antes que al aldehído. En este
complejo binario enzima-aldehído pudiera ser que no ocurriera la formación del tiohemiacetal,
sino que por el contrario el tiolato catalítico quedase aun más expuesto al solvente o más
reactivo de lo que lo está en la enzima libre. Una explicación alternativa es que sí se formara el
tiohemiacetal pero que éste fuera susceptible a oxidación. Cualquiera que sea el mecanismo por
el cual betaína aldehído incrementa la oxidación de la cisteína catalítica cuando se une a la
enzima libre, una pregunta relevante es: ¿tiene alguna consecuencia fisiológica el que el
aldehído no sólo no proteja a la enzima de la inactivación por el oxidante sino que la desproteja?
Solamente lo tendrá en el caso de que in vivo, bajo alguna condición, exista una fracción de
enzima que lleve unido exclusivamente al aldehído, lo que ocurrirá cuando los niveles del
nucleótido oxidado sean muy bajos (recuérdese que el nucleótido se une con mayor afinidad a la
enzima que el aldehído). En esta situación puede ser muy ventajoso para la célula el que la
enzima se inactive, como discutimos a continuación.
Implicaciones fisiológicas de los mecanismos de regulación a corto plazo
Los mecanismos de inhibición e inactivación que hemos descrito adquieren relevancia
fisiológica si se considera que la reacción catalizada por la BADH es irreversible. Una reacción
irreversible es como un coche sin frenos moviéndose cuesta abajo. Si la velocidad de la reacción
no se controla, el peligro es que todo, o una importante fracción del NAD(P) + sea reducido a