Biosíntesis de los polisacáridos de la pared celular

Celulosa:

La celulosa es la base de la pared celular, sirviendo de armazón para la unión de otros componentes. Los complejos enzimáticos de celulosa sintasa están unidos a la membrana y tienen una estructura en rosetas hexaméricas de 25-30 nm de diámetro, que se puede observar mediante criofractura (Brown et al., 1996). Cada subunidad de la roseta emplea UDP-glucosa como sustrato para generar cadenas de β(1-4)-glucano.

Las proteínas de las subunidades catalíticas de la celulosa sintasa (CesA) están codificadas por genes de la familia CesA. Por ejemplo, en Arabidopsis hay al menos 10 genes de esta familia (Doblin et al., 2002). Cada unidad hexamérica de la roseta contiene seis subunidades, y cada subunidad contiene seis proteínas CesA, de forma que cada roseta contiene un total de 36 proteínas CesA. Estudios genéticos indican que en cada roseta debe haber como mínimo tres proteínas diferentes, y además serán diferentes según se forme una pared primaria (CesA1, CesA3 y CesA6) o secundaria (CesA4, CesA7 y CesA8) (Somerville, 2006).

Las proteínas CesA tienen un gran tamaño (sobre 1000 aminoácidos) y son proteínas de membrana: tienen ocho dominios transmembrana y un dominio hidrofílico hacia el citosol.

Además de las proteínas CesA, la síntesis de celulosa requiere otras proteínas, entre las que se pueden destacar las codificadas por los siguientes genes:

  • KORRIGAN: codifica una β(1,4)-glucanasa (Lane et al., 2001)
  • CYT1: su producto está relacionado con la biosíntesis de GDP-manosa (Lukowitz et al., 2001)
  • PEANUT: codifican enzimas relacionados con la biosíntesis de glucosilfosfatidilinositol anclado a membrana
  • COBRA: codifica una proteína esencial para la organización de las microfibrillas (Roudier et al., 2005)

Hemicelulosas:

Los genes de la familia CSL (Cellulose Synthase Like) codifican las glicano sintasas que participan en la síntesis de los polisacáridos que conforman los esqueletos de las hemicelulosas. Los genes CSL pertenecen a la misma superfamilia que los genes CesA y aparentemente están en el genoma de todas las plantas (Keegstra y Walton, 2006). Los CSLA codifican manano sintasas (Dhugga et al., 2004) y los CSLC glucano sintasas (Cocuron et al., 2007).

Además de estos esqueletos, las hemicelulosas contienen cadenas laterales que son añadidas mediante glicosiltransferasas que son proteínas integrales de membrana con un dominio catalítico hacia el lumen del Golgi (Keegstra y Raikhel, 2001).

  • Fucosiltransferasa: identificada en Arabidopsis y en guisante. En Arabidopsis el gen responsable es el AtFT1. Un mutante deficiente en fucosa de Arabidopsis (mur2) mostró una mutación en este gen (Vanzin et al., 2002; Perrin et al., 2001)
  • Galactosiltransferasa: añade galactosa en el tercer residuo de xilosa de la estructura XXXG. En A. thaliana está codificada por MUR3. El mutante mur3 carece de fucosa debido a la falta de galactosa en el lugar en el que la fucosa debería ser añadida (Madson et al., 2003).
  • Xilosiltransferasa: una de las xilosiltransferasas (XT1) fue identificada por su similaridad con una galactosiltransferasa del fenogreco. Su función fue determinada por la expresión de genes candidatos en Pichia pastoris, demostrando que XT1 cataliza la transferencia de UDP-xilosa al β(1,4)-glucano. Posteriormente se identificó GT34, una xilosiltransferasa que presenta propiedades similares.

Pectinas:

Mediante aproximaciones genéticas se han identificado algunos genes relacionados con la biosíntesis de pectinas, entre los que se pueden destacar QUA1, NpGUT1 o PARVUS/GLZ1.

Se identificaron dos mutantes de Arabidopsis (qua1-1, qua1-2) que se caracterizaban por una reducción en el contenido de ácido galacturónico en su pared celular (Bouton et al., 2002). Posteriormente, se demostró que los mutantes qua1 presentaban una reducción en la actividad galacturonosiltransferasa y una reducción de la actividad xilano sintasa indirecta (Orfila et al., 2005).

En Arabidopsis se conocen la GAUT1 (Sterling et al., 2006), que es una galacturonosil transferasa; RGXT2 (Egelund et al., 2006) que es una xilosil transferasa de ramnogalacturonano II y XGD1 (Jensen et al., 2008) que es una xilosil transferasa de xilogalacturonano.

Bibliografía:

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Sterling JD, Atmodjo MA, Inwood SE, Kolli VSK, Quigley HF, et al. (2006) Functional identification of an Arabidopsis pectin biosynthetic homogalacturonan galacturonosyltransferase. Proc Natl Acad Sci U S A 103: 5236–41.

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