Análisis evolutivo de glicosil transferasas de procariotas y eucariotas: estudio comparativo de las enzimas del metabolismo de la sacarosa.

Abstract

La sacarosa es un disacárido no reductor utilizado por las plantas para transportar carbono y energía desde los tejidos fotosintéticos hacia los tejidos heterotróficos. A fines de la década de 1990, se demostró que las enzimas necesarias para la síntesis de este disacárido también se hallan en cianobacterias. Más recientemente, se encontraron las secuencias que codifican para enzimas del metabolismo de la sacarosa en bacterias no fotosintéticas, aunque aún se desconoce el rol que cumple el disacárido en estos organismos. Los resultados obtenidos por nuestro grupo de trabajo sugieren que las enzimas de procariotas utilizan UDP-glucosa como dador de grupos glucosilo, aunque la eficiencia catalítica es mayor cuando se utiliza ADP-glucosa (a la inversa de lo que ocurre en plantas). Estos resultados nos condujeron a plantear la siguiente pregunta: ¿Cómo operó la evolución sobre las enzimas que intervienen en la síntesis de sacarosa para cambiar la especificidad por el dador de grupos glucosilo? Para responderla, nos proponemos clonar, expresar de forma recombinante, purificar y caracterizar la sacarosa 6-fosfato sintasa y la sacarosa sintasa de los siguientes organismos: Nitrosomonas europaea (beta-proteobacteria quimiolitoautotrófica), Thermosynechococcus elongatus (cianobacteria unicelular), Trichormus variabilis (cianobacteria formadora de heterocistos), Chlorella variabilis (alga verde unicelular), Marchantia polymorpha (planta no vascular) y Arabidopsis thaliana (planta vascular). De esta manera, podremos analizar las enzimas provenientes de los diferentes grupos taxonómicos donde se ha descripto la existencia del metabolismo de la sacarosa.

Sucrose is a non-reducing disaccharide used by plants to transport carbon and energy from photosynthetic to heterotrophic tissues. During the decade of 1990, the enzymes necessary for sucrose synthesis were also found in cyanobacteria. Then, genome projects showed that the genes coding for enzymes involved in sucrose metabolism were present in non-photosynthetic bacteria. However, the role of the disaccharide in these organisms is far from being well understood. The results obtained in our group suggest that the enzymes from prokaryotes use UDP-glucose as donor of the glucose moiety, although the catalytic efficiency is higher with ADP-glucose (the opposite is observed in plant enzymes). These results led us to the following question: how did evolution to adjust substrate specificity in sucrose-related enzymes? To answer this question, we propose to clone, express, purify and characterize recombinant sucrose-6-phosphate synthase and sucrose synthase from the following organisms: Nitrosomonas europaea (quimiolitoautotrophic beta-proteobacteria), Thermosynechococcus elongatus (unicellular cyanobacteria), Trichormus variabilis (heterocyst forming cyanobacteria), Chlorella variabilis (unicellular green algae), Marchantia polymorpha (non-vascular plant) and Arabidopsis thaliana (vascular plant). This approach will allow us to evaluate, in an evolutionary context, the enzymes from the main taxonomic groups where the existence of sucrose metabolism has been described.