La fructosa-bisfosfato aldolasa, o simplemente aldolasa, () es una enzima que participa en la glucólisis. Cataliza la escisión de la fructosa-1,6-bisfosfato en dos triosas, dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído 3-fosfato.

D-fructosa-1,6-bisfosfato dihidroxiacetona fosfato + D-gliceraldehído-3-fosfato

También cataliza la rotura reversible de la fructosa-1-fosfato en gliceraldehído y dihidroxiacetona fosfato.

D-fructosa-1-fosfato dihidroxiacetona fosfato + D-gliceraldehído

En el ser humano se conocen tres isozimas de la aldolasa (aldolasa A, aldolasa B y aldolasa C) codificadas por tres genes diferentes que se expresan de forma diferente durante el desarrollo. Pequeñas diferencias en la estructura de las isozimas resultan en diferentes actividades sobre los dos sustratos: fructosa-1,6-bisfosfato y fructosa-1-fosfato. La aldolasa B no exhibe preferencia sobre los sustratos y, por tanto, cataliza ambas reacciones. En cambio las aldolasas A y C prefieren la fructosa-1,6-bisfosfato.

Mecanismo

En la aldolasa de mamíferos los residuos catalíticos clave que participan en la reacción son lisina y tirosina. La tirosina actúa como un aceptor eficiente de hidrógeno mientras que la lisina se une covalentemente y estabiliza el intermedio. Muchas bacterias usan dos iones magnesio en vez de la lisina.

La fructosa bisfosfato aldolasa rompe una fructosa de 6 átomos de carbono en dos productos de 3 átomos de carbono en una reacción aldólica reversible. Esta reacción está caracterizada por la formación de una base de Schiff intermedia con un residuo lisina del sitio activo de la enzima. La formación de la base de Schiff es el hecho diferenciador entre la enzima de clase I producida por los animales y la enzima de clase II producida por los hongos y bacterias. Después de la formación de la base de Schiff, el cuarto grupo hidroxilo de la fructosa es desprotonado por un residuo aspartato, lo que conduce a la rotura del aldol. La hidrólisis de la base de Schiff produce dos productos de 3 átomos de carbono.

La ΔG°’ de esta reacción es +23.9 kJ/mol. A pesar de que parezca demasiado elevada para que la reacción ocurra, se ha encontrado que bajo condiciones fisiológicas, la ΔG de la reacción está cerca e incluso por debajo de cero. Por ejemplo, en los eritrocitos es de -0.23 kJ/mol.

Aldolasa A

La aldolasa A se encuentra en el embrión en desarrollo y se produce en grandes cantidades en el músculo adulto. Se presenta como un homotetrámero. La expresión de la aldolasa A es reprimida en el hígado adulto, riñones e intestino. Se encuentra en niveles similares a la aldolasa C en el cerebro y en otros tejidos del sistema nervioso. El splicing alternativo del gen de la aldolasa A resulta en múltiples variantes que codifican la misma proteína. Se ha demostrado que la aldolasa A interacciona con PLD2,, SNX9 y WAS.

Los defectos en aldolasa A causan la enfermedad de almacenamiento del glucógeno de tipo 12 (GSD12), conocida también como deficiencia de la aldolasa de los glóbulos rojos. Es una alteración metabólica asociada con un incremento en glucógeno hepático y anemia hemolítica. Puede producir miopatía con intolerancia al ejercicio y rabdomiólisis.

Aldolasa B

En los mamíferos, la aldolasa B se expresa preferentemente en el hígado. En los humanos, la aldolasa B es codificada por el gen ALDOB localizado en el cromosoma 9. Este gen tiene 14500 pares de bases y contiene 9 exones. Los defectos en este gen se han identificado como causa de la intolerancia hereditaria a la fructosa.

Estructura

La aldolasa B es una enzima homotetramérica compuesta por cuatro subunidades de masa molecular 36 kDa, con simetría 222 local. Cada subunidad posee un barril α/β de 8 filamentos que contiene la Lys-229 que es el residuo que forma la base de Schiff necesaria para la catálisis.

A pesar de que la mayor parte de la estructura de la aldolasa está conservada en las tres isozimas, se han identificado cuatro regiones altamente variables entre las tres isozimas. A estas regiones se les ha denominado regiones específicas de la isozima (ISR1-4). Se cree que estas regiones proporcionan a las isozimas su especificidad y las diferencias estructurales. Las ISR 1-3 se encuentran todas en el exón 3 del gen de la aldolasa B. La ISR 4 es la más variable de las cuatro y se encuentra en la región C-terminal de la proteína.

Las ISR 1-3 se encuentran predominantemente en la superficie de la enzima y no coinciden con el sitio activo, indicando que las ISRs pueden cambiar la especificidad por el sustrato o causar las interacciones de la región C-terminal con el sitio activo. Una teoría reciente sugiere que las ISR pueden permitir diferentes dinámicas conformacionales de la aldolasa que influyen en su especificidad.

Fisiología

La aldolasa B juega un papel crucial en el metabolismo de los carbohidratos ya que cataliza una de las principales etapas de la glucólisis y la gluconeogénesis. También juega un papel importante en el metabolismo de la fructosa que se produce principalmente en el hígado, corteza adrenal y mucosa del intestino delgado. Cuando se absorbe la fructosa, es fosforilada por la fructoquinasa formando fructosa-1-fosfato. La aldolasa B entonces cataliza la rotura de la fructosa-1-fosfato en gliceraldehído y dihidroxiacetona fosfato. El gliceraldehído es fosforilado por la triosa quinasa para formar gliceraldehído-3-fosfato. Tanto la dihidroxiacetona como el gliceraldehído-3-fosfato pueden ser usados en la glucólisis y en la gluconeogénesis, convirtiéndose, pues, en piruvato o en glucosa, respectivamente.

A pesar de que el mecanismo de regulación de la aldolasa B es desconocido, se ha encontrado que un incremento en los carbohidratos proveniente de la dieta y un decremento en la concentración de glucagón provocan un incremento en la transcripción del gen ALDOB.

Patología

Las mutaciones genéticas que provocan defectos en aldolasa B resultan en una condición llamada intolerancia hereditaria a la fructosa (IHF). Debido a la pérdida de aldolasa B funcional, los organismos con HFI no pueden procesar adecuadamente fructosa-1-fosfato produciendo la acumulación de este metabolito en los tejidos del cuerpo. Además de ser tóxico para los tejidos celulares, altos niveles en fructosa-1-fosfato atrapan el fosfato en una forma no usable y, por tanto, no es devuelto a las reservas de fosfato resultando en una reducción en la concentración de fosfato y ATP. La falta de fosfato disponible causa el cese de la glucogenólisis en el hígado que resulta en hipoglicemia. La acumulación de fructosa-1-fosfato también inhibe la gluconeogénesis, reduciendo adicionalmente la cantidad de glucosa disponible. La pérdida de ATP produce una multitud de problemas incluyendo la inhibición de la síntesis de proteínas y disfunción hepática y renal. Sin embargo, la prognosis del paciente es buena en casos de HFI. Evitando alimentos que contengan fructosa, sucrosa y sorbitol, los pacientes pueden vivir sin síntomas.

La IHF es un desorden autosomal recesivo hereditario. Se han identificado aproximadamente 30 mutaciones que causan HFI, y estas mutaciones combinadas resultan en una frecuencia de la IHF de 1 enfermo cada 20.000 nacimientos. Los alelos mutantes son resultado de un número de diferentes tipos de mutaciones incluyendo sustituciones de pares de bases y pequeños borrados. La mutación más común es la A149P que es una transversión de guanina a citosina en el exón 5, resultando en la sustitución de la alanina a prolina en la posición 149. Este alelo específico mutante comprende el 53% de los alelos de la HFI. Otras mutaciones que resultan en HFI son menos frecuentes y a veces correlacionadas con orígenes ancestrales.

Aldolasa C

Se expresa específicamente en el hipocampo y en las células de Purkinje del cerebro. Se presenta como un homotetrámero. Interacciona con ATP6V1E1. Puede que interaccione con PLD2.

En bioquímica humana

Contexto

En seres humanos, la aldolasa es una enzima citoplasmática que participa en la conversión de algunos azúcares en energía. Específicamente cataliza la ruptura del aldol fructosa 1,6-bisfosfato, en dos triosas fosfato (dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído 3-fosfato) por medio de una reacción reversible.

Esta enzima participa en seis reacciones reversibles en las vías de gluconeogénesis y glucólisis. En la gluconeogénesis, la aldolasa cataliza la reducción del fosfoenolpiruvato a fructosa 1,6-bisfosfato. En la glucólisis, la aldolasa cataliza la oxidación de fructosa 1,6-bisfosfato a fosfoenolpiurvato.Szekrenyi A, Soler A, Garrabou X, Guérard-Hélaine C, Parella T, Joglar J, et al. Engineering the donor selectivity of d-fructose-6-phosphate aldolase for biocatalytic asymmetric cross-aldol additions of glycolaldehyde. Chemistry. 2014 Sep 22. 20(39):12572-83. La aldolasa también escinde reversiblemente la fructosa 1-fosfato a gliceraldehído y dihidroxiacetona fosfato. Las enzimas de tipo B trabajan tanto en la gluconeogénesis como en la glucólisis, mientras que los tipos A y C trabajan principalmente en la glucólisis.

La aldolasa A se encuentra principalmente en músculo esquelético y en eritrocitos. El hígado, enterocitos y riñones contienen aldolasa B, y en el cerebro se encuentran tanto aldolasa A como aldolasa C.

Indicaciones

Un análisis de aldolasa sanguínea (o sérica) puede ser útil para identificar estructuras dañadas en algunos órganos tales como el hígado, músculo, riñón o corazón.

Los niveles de aldolasa en plasma se miden por la actividad de esta enzima en unidades por litro y se encuentran normalmente en el rango de 1,0 a 7,5 U/L. Existen pequeñas variaciones en los rangos de referencia entre mujeres y hombres y basados en la estatura, peso, masa muscular y diferentes métodos utilizados para su medición.

Se pueden observar niveles elevados de aldolasa en algunas condiciones tales como daño en el músculo esquelético (politraumas), dermatomiositis, mononucleosis infecciosa, distrofia muscular, infarto de miocardio, hepatitis viral o autoinmune, cáncer hepático, cáncer de páncreas, cáncer de próstata y osteosarcoma.

La interpretación de los resultados requiere comprender la función de las diferentes clases de aldolasas. Cuando se daña una célula que contiene aldolasa, esta enzima se libera hacia el plasma en altos niveles. Para ciertas enfermedades, el monitoreo de los niveles de aldolasa puede utilizarse para asesorar directamente la terapia. Por ejemplo, la aldolasa A se encuentra contenida en tejido muscular, y se utiliza para monitorear el curso de la distrofia muscular.

La medición de los niveles de aldolasa A también puede utilizarse para diferenciar entre miopatías de origen muscular o neurológico. Si la aldolasa A se encuentra elevada, la causa primaria de la miopatía, puede encontrarse relacionada con un estado inflamatorio del propio músculo. Pero si los niveles séricos de aldolasa A no se encuentran elevados, la patología puede ser secundara a otra causa. Un ejemplo es un paciente con un historial de esclerosis múltiple que comienza a presentar debilidad muscular. En este caso, los niveles de aldolasa A serán normales.

Los niveles de aldolasa B se encuentran elevados en enfermedades hepáticas (por ejemplo hepatitis) o cardíacas (por ejemplo infarto de miocardio). Este marcador en particular, actualmente ya casi no se utiliza debido a que se han desarrollado otros test más específicos para enfermedades relacionadas con el hígado o el corazón.

Preparación del paciente, recolección y almacenamiento