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