Función biológica

La mayoría de las plantas sintetizan todos los componentes orgánicos a partir de dióxido de carbono, por lo que deben contener un conjunto completo de rutas enzimáticas biosintéticas. Los microorganismos pueden usar compuestos orgánicos preexistentes presentes en el medio, como azúcares simples o ácidos orgánicos, como el punto de partida para la biosíntesis a través de una gran variedad de transformaciones bioquímicas para dar lugar a todos los componentes celulares necesarios. En contraste, la compleja dieta de los animales da lugar a que a lo largo de la evolución hayan prescindido de la capacidad de producir determinados aminoácidos, ácidos grasos, vitaminas y otros compuestos. Entre los compuestos sintetizados por plantas y microorganismos que no pueden ser producidos por los animales encontramos los aminoácidos ramificados: valina, leucina e isoleucina. Por tanto, estos aminoácidos son esenciales para los animales, y deben consumirlos a través de la dieta. Las plantas y microorganismos sintetizan estos aminoácidos a partir de piruvato y otros ácidos orgánicos. De este modo, la valina se sintetiza a partir de dos moléculas de piruvato, la leucina a partir de dos moléculas de piruvato y de una moléculas de Acetil-CoA y la isoleucina a partir de una molécula de piruvato y una molécula de 2-cetobutirato.

El primer paso de este proceso es catalizado por la acetohidroxiácido sintasa o AHAS, dando lugar a la síntesis de acetolactato si se parte de dos moléculas de piruvato, o bien a la síntesis de acetohidroxibutirato si se parte de piruvato y de cetobutirato. Un nombre alternativo que suele referirse a esta enzima es acetolactato sintasa o ALS, aunque este nombre ignora su capacidad de sintetizar acetohidroxibutirato. Además, es necesario tener en cuenta que existe una enzima de Klebsiella pneumoniae que sólo sintetiza acetolactato, por lo que el nombre de acetolactato sintasa es mucho más apropiado para esta enzima.

La reacción catalizada por la acetohidroxiácido sintasa, mediada por el cofactor tiamina difosfato, involucra la descarboxilación no oxidativa del piruvato para liberar dióxido de carbono y un intermediario reactivo, el cual condensará con el segundo cetoácido para dar lugar al acetohidroxiácido. Esta enzima también requiere un metal divalente como magnesio para anclar la tiamina difosfato a la enzima, así como una molécula de flavín adenín dinucleótido (FAD) que no participa en la reacción.

 Otras enzimas involucradas en la síntesis de los aminoácidos ramificados son la treonina desaminasa o TD, la cetoacil reductoisomerasa o KARI y la dihidroxiácido dehidratasa o DHAD. Estas enzimas tampoco están presentes en animales, siendo únicas de esta ruta metabólica.