GENIO Y FIGURA DE LA BETAÍNA ALDEHÍDO DESHIDROGENASA

MENSAJE BIOQUÍMICO, Vol. XXVIII (2004)
NAD(P)H, si las reacciones que regeneran al NAD + y NADP + no son capaces de mantener el
balance entre nucleótidos oxidados y reducidos, lo que podría tener consecuencias metabólicas
graves. Esto puede ser particularmente frecuente en el caso del cloroplasto ya que la poza del
par NAD + /NADH no está en equilibrio con la del NADP + /NADPH, por lo que los niveles de NAD +
no se pueden regular mediante las reacciones fotosintéticas de asimilación del carbono. Por ello
la síntesis del osmoprotector glicina betaína en la planta requiere de un control estricto para
evitar no sólo la producción incontrolada de este compuesto, que al no metabolizarse
posteriormente puede significar un desperdicio de carbono y nitrógeno, sino también situaciones
potencialmente catastróficas, como sería el agotamiento del NAD + intracloroplástico.
Normalmente el frenado en las reacciones irreversibles corre a cargo de la inhibición por
los productos, pero como en el caso de la BADH la glicina betaína no inhibe, este papel
regulador parece quedar a cargo del producto NADH y del sustrato betaína aldehído, ambos
inhibidores como hemos descrito. No sólo eso, sino que la inhibición se potencia cuando ambos
ligandos - sustrato y producto nucleótido - están juntos, dado que la inhibición por el sustrato
betaína aldehído ocurre principalmente por su unión al complejo E-NADH. Pero aún más, ambos
ligandos conducen a una lenta inactivación parcial y betaína aldehído favorece la inactivación por
oxidación. Es tentador pensar que estos efectos negativos del aldehído y del nucleótido reducido
forman parte de un mecanismo de regulación a corto plazo desarrollado por la BADH de
amaranto con la finalidad de evitar el agotamiento del NAD + intracloroplástico. Este mecanismo
es novedoso, en el sentido de que no ha sido descrito hasta la fecha para otras enzimas, y muy
efectivo, puesto que puede funcionar tanto bajo condiciones reductoras como oxidantes.
FIGURA
Estructura primaria
A la fecha (mayo del 2004), el número de secuencias de genes de ALDHs y BADHs
disponibles en la base de datos GenBank es de 753 y 50, respectivamente. Entre estas últimas
se encuentran las secuencias de A. hypochondriacus y de P. aeruginosa. La del vegetal fue
publicada en el año 1998, en una colaboración de nuestro grupo de investigación (34), y la de la
bacteria en el 2000, junto con la secuencia completa del genoma de esta microorganismo (39).
En un alineamiento múltiple realizado con 46 secuencias aminoacídicas de BADHs - 1 de
arqueobacteria, 1 de hongo, 19 de eubacterias, 17 de plantas y 8 de animales (a estas últimas
también se les denomina ALDH9 ) - encontramos que de los aproximadamente 500 residuos de
aminoácidos que tiene cada secuencia, 40 están estrictamente conservados. Entre éstos se
encuentran la cisteína catalítica, en la posición 286 en la secuencia de P. aeruginosa y 294 en la
de amaranto, el glutámico catalítico (E252 y E260, respectivamente) y la asparagina catalítica
(N153 y N162 , respectivamente). Nosotros hemos corroborado la función esencial de la cisteína
catalítica en la enzima de P. aeruginosa, al obtener por mutagénesis sitio específica una mutante
(C286A) estructuralmente similar a la silvestre y con la capacidad de unir la coenzima NAD(P) +
pero carente de actividad (40).
A partir del alineamiento de las 46 secuencias de BADHs mencionadas realizamos un
análisis filogenético (40) y obtuvimos el árbol que se presenta en la Figura 9, en el que se
observan dos grandes grupos. El Grupo I reúne a las proteínas de proteobacterias (55-83 % de
identidad con respecto a la de P. aeruginosa), a las de los animales (44-53 %) y a la de la
arqueobacteria Thermoplasma volcanium (37%). En el grupo II se encuentran las de bacterias
firmicutes (41-43 %), la del hongo Schizosaccharomyces pombe (36 %) y las de plantas (37-42
%). Esta división parece reflejar un evento de duplicación del gen que codifica para la BADH que
pudo haberse presentado en tiempos ancestrales, antes de la aparición de las eubacterias. Esta
hipótesis está apoyada por la inclusión de la secuencia de la arqueobacteria en el Grupo I, y está
de acuerdo con lo propuesta realizada por otros autores de que la familia de las BADHs es una
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