Glicosidases

A alfa-amilase pancreática 1HNY, unha glicosidase.

As glicosidases, tamén coñecidas como glicósido hidrolases ou glicosil-hidrolases son enzimas que catalizan a hidrólise de enlaces glicosídicos para xerar glícidos menores.

Son enzimas moi comúns que desempeñan importantes papeis na natureza como, por exemplo, na degradación de biomasa, como celulosa e hemicelulosa, na defensa contra as bacterias, en mecanismos de patoxénese e no normal funcionamento celular.

Canda ás glicotransferases, as glicosidadas forman a maior maquinaria catalítica para a síntese e a rotura de enlaces glicosídicos.

Aparición e importancia

As glicosidases encóntranse en practicamente todos os ámbitos da vida. En bacterias e outras células procariotas, áchanse tanto en forma de enzimas intracelulares como extracelulares, e están moi involucradas nos procesos de adquisición de nutrientes. Unha das máis importantes glicosidases en bacterias é o enzima beta-galactosidase (LacZ), a cal está implicada na regulación da expresión do operón lac en E. coli.

Nos organismos superiores as glicosidases encóntranse no retículo endoplasmático e no aparato de Golgi, onde participan no procesamento das N-glicoproteinas, e nos lisosomas como enzimas vinculados á degradación de estruturas de carbohidratos. A deficiencia en determinadas glicosidases lisosomaiais pode conducir a unha serie de enfermidades de depósito lisosomial que se traducen en problemas do desenvolvemento pi mesmo na morte. As glicosidases encóntranse no tracto intestinal e na saliva, onde se degradan os hidratos de carbono complexos, como a lactosa, o amidón, a sacarosa e a trehalosa. No intestino encóntranse como enzimas ancorados ao glicosilfosfatidil nas células endoteliales. O enzima lactase úsase para a degradación da lactosa, o azucre do leite, e está presente en altos niveis nos nenos. Porén, os niveis de lactosa decrecen coa idade, o que pode traducirse en intolerancia á lactosa en adultos. O enzima O-GlcNAcase está involucrada na eliminación de grupos N-acetilglicoamina de residuos de serina e treonina no citoplasma e no núcleo celular. Por outra parte, as glicosidases están implicadas tamén na biosíntese e na degradación do glicóxeno no corpo.

Clasificación

As glicosidases están clasificadas co número EC 3.2.1 como enzimas catalizadores da hidrólise de O- ou S-glicósidos. Tamén poden ser clasificadas de acordo ao resultado estereoquímico da reacción de hidrólise: desta forma, pódense clasificar como enzimas de retención ou de inversión. As glicosidases tamén se poden clasificar como exo ou endo, dependendo do seu lugar de actuación (no final ou no medio dunha cadea de oligo ou polisacáridos). Finalmente, as glicosidases tamén poden ser clasificadas pola súa secuencia ou estrutura.

Clasificación baseada na secuencia

A clasificación das glicosidades baseada na secuencia é un dos métodos preditivos máis potentes para deducir cal é a función de enzimas recentemente secuenciadas e cuxa función non se puido demostrar bioquimicamente. Un sistema de clasificación para as glicosidases, baseado na similitude de secuencias, levou á definición de máis de 100 familias diferentes. Esta clasificación está dispoñíbelen a páxna web CAZy (Carbohydrate-Active Enzymes). A base de datos online está baseada na CAZypedia, unha enciclopedia online de enzimas vinculados aos hidratos de carbono. Baseándose nas similitudes na estrutura tridimensional, as familias clasificadas polas súas secuencias foron subdivididas en clans de estrutura similar. Recentes progresos na análise da secuencia das glicosidases e na comparación das estruturas 3D permitiron a proposta dunha clasificación xerárquica ampliada das glicósido hidrolases.

Mecanismos

Glicosidases de inversión

Estes enzimas utilizan dois residuos enzimáticos, normalmente residuos carboxílicos, que actúan como un ácido e unha base respectivamente, como se mostra abaixo para a beta-glicosidase:

Glicosidases de retención

Estes enzimas actúan mediante un mecanismo de dúas etapas. Unha vez máis dous residuos están involucrados, un actúa como nucleófilo e o outro como un ácido ou unha base. No primeiro paso o nucleófilo ataca nunn centro anómerico, dando como resultado a formación dun enzima glicosídico intermedio cun carácter ácido debido á presenza do carboxilato ácido. No segundo paso o agora desprotonado carboxilato ácido actúa como base, uníndose a unha molécula de auga nucleofílica para hidrolizar o enzima intermedio, dando o produto hidrolizado. Este mecanismo ilústrase a continuación.

Un mecanismo alternativo para a hidrólise con retención da estereoquímica pode ter lugar mediante un proceso polo cal un residuo nucleofílico únese ao substrato, en lugar de atacar ao enzima. Estes mecanismos son comúns para certas N-acetilhexosaminidases, as cales teñen un grupo acetamido capaz de participar con grupos veciños para formar unha oxazolina intermedia ou ión oxazolinio. Unha vez máis, o mecanismo dase en dpus pasos, dúas inversións individuais que dan como resultado unha retención neta da configuración.

Nomenclatura e exemplos

As glicosidases noméanse normalmente segundo o substrato sobre o que actúan. Desta forma, as glicosidases catalizan a hidrólise de glicósidos en xeral e as xilanases catalizan a escisión do xilano de homopolímeros de xilosa. Outros exemplos son a lactase, a amilase, a maltase, a invertase, a neuraminidase, a hialuronidase e a lisozima.

Usos

As glicosidases teñen unha gran cantidade de usos entre ops que están a degradación de materiais vexetales (por exemplo, as celulases para degradar a celulosa a glicosa, o que pode usarse para a produción de etanol), na industria alimenticia (por exemplo, invertase para reducir azucre invertido), e na industria do papel (por exemplo, xilanases para extraer hemicelulosa da pasta de papel). As celulases engádense aos deterxentes para o lavado dos tecidos de algodón e axudar no mantemento das cores.

En química orgánica, as glicosidases pódense usar como catalizadores sintéticos para formar enlaces glicosídicos mediante hidrólise inversa (na cal o punto de equilibrio se inverte) ou mediante transglicosilación (na cal glicosidases de retención poden catalizar a transferenza dun grupo glocosilo desde un glicósido activo até un aceptor alcohol para crear un novo glicósido.

Desenvolvéronse glicosidases mutantes, chamadas glicosintases, que son capaces de conseguir a síntese de glicósidos cun alto rendemento a partir de doantes activados de grupos glicosilo. As glicosintases fórmanse normalmente a partir de glicosidases de retención mediante mutaxénese local do nucleófilo enzimático converténdose nun grupo menos nucleofílico, como a alanina ou a glicina. Outra forma de mutación, cuxo produto se denomina tioglicoligase, fórmase mediante mutaxénese local do residuo ácido/base dun enzima glicosidase de retención. As tioglicoligases catalizan a condensación de glicósidos activados e varios ceptores que conteñan tiol. Outro dos seus usos é o aumento de azucres fermentábeis na produción de cervexa "light"

Inhibidores

Coñécense moitos compostos que poden actuar inhibindo a acción dunha glicosidase. Algúns conteñen nitróxeno. Encontráronse na natureza heterociclos tales como a desoxinoxirimicina, a swainsonina, a australina e a castanospermina. A partir destes modelos naturais desenvolvéronse outros, como a isofagomina e a desoxugalactonoxirimicina, e varios compostos insaturados como PUGNAC. Algúns inhibidores úsanse a nivel clínico, como os medicamentos antidiabéticos ascarbosa e miglitol, ou en terapia antiviral (oseltamivir e zanamivir). Algunhas proteínas actúan como inhibidores das glcósido hidrolases.

Véxase tamén

Outros artigos

• Enzima
• Número EC
• Hidrolase
• Lisozima
• Glicosilase

Ligazóns externas

• Enzimas de glicosidase (en castelán)
• Glycoside Hydrolase family classification en cazy.org (en inglés)
• CAZypedia (en inglés)
• Glycoside Hydrolase Families en CAZypedia. (en inglés)