Las beta-glucuronidasas son miembros de la familia de enzimas de las glicosidasas que catalizan la descomposición de los carbohidratos complejos . [2] La β-glucuronidasa humana es un tipo de glucuronidasa (un miembro de la familia 2 de las glicosidasas) que cataliza la hidrólisis de los residuos de ácido β-D- glucurónico del extremo no reductor de los mucopolisacáridos (también denominados glicosaminoglicanos ) como el heparán sulfato. . [2] [3] [4] La β-glucuronidasa humana se encuentra en el lisosoma . [5]En el intestino, la β-glucuronidasa del borde en cepillo convierte la bilirrubina conjugada en la forma no conjugada para su reabsorción. La beta-glucuronidasa también está presente en la leche materna, lo que contribuye a la ictericia neonatal . La proteína está codificada por el gen GUSB en humanos [6] [7] y por el gen uidA en bacterias. [8]
beta-glucuronidasa | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.2.1.31 | |||||||
No CAS. | 9001-45-0 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
|
glucuronidasa, beta | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||
Símbolo | GUSB | |||||
Gen NCBI | 2990 | |||||
HGNC | 4696 | |||||
OMIM | 611499 | |||||
RefSeq | NM_000181 | |||||
UniProt | P08236 | |||||
Otros datos | ||||||
Número CE | 3.2.1.31 | |||||
Lugar | Chr. 7 q11.21 | |||||
|
Estructura
La β-glucuronidasa humana se sintetiza como un monómero de 80 kDa (653 aminoácidos ) antes de que la proteólisis elimine 18 aminoácidos del extremo C-terminal para formar un monómero de 78 kDa. [9] [10] La beta-glucuronidasa existe como un homotetrámero de 332 kDa . [11] La beta-glucuronidasa contiene varias formaciones estructurales notables, incluido un tipo de barril beta conocido como barril de rodillo de gelatina y un barril TIM . [1]
Mecanismo de catálisis
La β-glucuronidasa humana es homóloga a la enzima β-galactosidasa de Escherichia coli . [12] [13] Esta relación homóloga, junto con el conocimiento de que las glicosidasas a menudo realizan hidrólisis catalizada por dos residuos ácidos , permitió el desarrollo de una hipótesis mecanicista. Esta hipótesis propone que los dos residuos de ácido glutámico Glu540 y Glu451 son los residuos nucleofílico y ácido , respectivamente, y que el residuo de tirosina Tyr504 también está implicado en la catálisis. En apoyo de esta hipótesis, las mutaciones experimentales en cualquiera de estos tres residuos dan como resultado grandes disminuciones de la actividad enzimática. El aumento de la actividad de una enzima mutante E451A (donde Glu451 se reemplaza con un residuo de alanina ) después de la adición de azida es consistente con Glu451 como residuo ácido / base. [14] Mediante el análisis de péptidos de β-glucuronidasa marcados después de la hidrólisis de un sustrato que entra en una etapa intermedia muy estable, los investigadores han determinado que Glu540 es el residuo nucleófilo. [15]
Aunque el tipo particular de sustitución nucleofílica empleada por la β-glucuronidasa no está claro, la evidencia de los mecanismos de sus homólogos en la familia de las glicosidasas sugiere que estas reacciones son reacciones cualitativamente S N 2 . Las reacciones pasan por un estado de transición con características de iones oxocarbenio . Inicialmente, se sugirió que estos mecanismos, debido a esta característica de oxocarbenio del estado de transición, eran reacciones S N 1 que procedían a través de un intermedio de ion oxocarbenio discreto . Sin embargo, la evidencia más reciente sugiere que estos estados iónicos de oxocarbenio tienen una vida útil de 10 femtosegundos - 0,1 nanosegundos (similar a la de un período de vibración de enlace ). Estas vidas son demasiado cortas para asignarlas a un intermedio de reacción. A partir de esta evidencia, parece que estas reacciones, aunque tienen una apariencia S N 1 debido a las características del ión oxocarbenio de sus estados de transición, deben ser reacciones cualitativamente S N 2. [2]
La actividad específica de Tyr504 en el mecanismo catalítico no está clara. [14] A través de la comparación con los datos estructurales de la enzima homóloga xilanasa , se ha sugerido que el Tyr504 de la β-glucuronidasa podría estabilizar el nucleófilo saliente (Glu540) o modular su actividad. [dieciséis]
Además de estos residuos, se ha sugerido un residuo de asparagina conservado (Asn450) para estabilizar el sustrato mediante la acción de un enlace de hidrógeno en el grupo 2-hidroxilo del sustrato de azúcar. [11] [17]
Unidad de repetición del sustrato de heparán sulfato de la β-glucuronidasa
Representación de la superficie del bolsillo del sitio activo de la β-glucuronidasa con residuos catalíticos mostrados [1]
Mecanismo de hidrólisis de β-glucuronidasa de un sustrato de azúcar con estados de transición de alta energía que muestran el carácter de iones oxocarbenio representado [15]
Posible estabilización del residuo nucleofílico Glu540 por Tyr504 en β-glucuronidasa [16]
Actividad prevista del residuo Asn450 conservado en la estabilización del sustrato de azúcar β-glucuronidasa [11] [17]
Puente salino potencial entre Glu352 y Arg216 en beta-glucuronidasa humana [1] [18]
Síndrome de astuto
Las deficiencias de β-glucuronidasa dan como resultado la enfermedad metabólica hereditaria autosómica recesiva conocida como síndrome de Sly o mucopolisacaridosis VII. Una deficiencia de esta enzima da como resultado la acumulación de mucopolisacáridos no hidrolizados en el paciente. Esta enfermedad puede ser extremadamente debilitante para el paciente o puede resultar en hidropesía fetal antes del nacimiento. Además, en los pacientes supervivientes se observa retraso mental, baja estatura, rasgos faciales toscos, anomalías de la columna y agrandamiento del hígado y el bazo. [5] Esta enfermedad se ha modelado en una variedad de ratones y en una familia de perros. [19] [20] Más recientemente, los investigadores han descubierto una familia felina que presenta deficiencias en la actividad de la β-glucuronidasa. La fuente de esta reducción de actividad se ha identificado como una mutación E351K (Glu351 está mutado a un residuo de lisina). Glu351 se conserva en especies de mamíferos, lo que sugiere una función importante para este residuo. El examen de la estructura cristalina de rayos X humana sugiere que este residuo (Glu352 en la enzima humana), que está enterrado profundamente dentro del dominio de barril TIM , puede ser importante para la estabilización de la estructura terciaria de la enzima. [18] En la estructura cristalina, parece que Arg216, un miembro del dominio del rodillo de gelatina de la proteína, forma un puente salino con Glu352; por lo tanto, es probable que Glu352 esté involucrado en la estabilización de la interacción entre dos dominios tridimensionales diferentes de la enzima. [1]
Aplicaciones moleculares: uso como gen indicador
En biología molecular , la β-glucuronidasa se usa como gen indicador para controlar la expresión génica en células de mamíferos y plantas. El seguimiento de la actividad de la β-glucuronidasa mediante el uso de un ensayo GUS permite la determinación de la expresión espacial y temporal del gen en cuestión. [21]
- Las imágenes de gráficos moleculares se produjeron utilizando el paquete UCSF Chimera del Resource for Biocomputing, Visualization, and Informatics en la Universidad de California, San Francisco (con el apoyo de NIH P41 RR-01081). [22]
Ver también
- Alfa-glucuronidasa
- Glucuronosil-disulfoglucosamina glucuronidasa
- Glicirricinato beta-glucuronidasa
Referencias
- ^ a b c d e f PDB : 1BHG ; Jain S, Drendel WB, Chen ZW, Mathews FS, Sly WS, Grubb JH (abril de 1996). "La estructura de la beta-glucuronidasa humana revela candidatos lisosomales dirigidos y motivos de sitio activo". Biología estructural de la naturaleza . 3 (4): 375–81. doi : 10.1038 / nsb0496-375 . PMID 8599764 . S2CID 28862883 .
- ^ a b c Sinnott M, ed. (1998). Catálisis biológica integral . 1 . Manchester, Reino Unido: Academic Press. págs. 119-138 . ISBN 978-0-12-646864-9.
- ^ McCarter JD, Withers SG (diciembre de 1994). "Mecanismos de hidrólisis enzimática de glucósidos". Opinión actual en biología estructural . 4 (6): 885–92. doi : 10.1016 / 0959-440X (94) 90271-2 . PMID 7712292 .
- ^ Sinnott ML (1990). "Mecanismos catalíticos de transferencia enzimática de glucosilo". Chem Rev . 90 (7): 1171–1202. doi : 10.1021 / cr00105a006 .
- ^ a b Nyhan WL, Barshop B, Ozand P (2005). Atlas de enfermedades metabólicas (2 ed.). Londres, Reino Unido: Hodder Arnold. págs. 501–503, 546–550. ISBN 978-0-340-80970-9.
- ^ Oshima A, Kyle JW, Miller RD, Hoffmann JW, Powell PP, Grubb JH, Sly WS, Tropak M, Guise KS, Gravel RA (febrero de 1987). "Clonación, secuenciación y expresión de cDNA para beta-glucuronidasa humana" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 84 (3): 685–9. Código Bibliográfico : 1987PNAS ... 84..685O . doi : 10.1073 / pnas.84.3.685 . PMC 304280 . PMID 3468507 .
- ^ "Entrez Gene: glucuronidasa GUSB, beta" .
- ^ Martins MT, Rivera IG, Clark DL, Stewart MH, Wolfe RL, Olson BH (julio de 1993). "Distribución de secuencias del gen uidA en aislamientos de Escherichia coli en fuentes de agua y comparación con la expresión de la actividad beta-glucuronidasa en medios 4-metilumbeliferil-beta-D-glucurónido" . Microbiología aplicada y ambiental . 59 (7): 2271–6. doi : 10.1128 / AEM.59.7.2271-2276.1993 . PMC 182268 . PMID 8357258 .
- ^ Islam MR, Grubb JH, Sly WS (octubre de 1993). "Procesamiento C-terminal de la beta-glucuronidasa humana. El propéptido es necesario para la expresión completa de la actividad catalítica, la retención intracelular y la fosforilación adecuada". La revista de química biológica . 268 (30): 22627–33. PMID 8226771 .
- ^ Shipley JM, Grubb JH, Sly WS (junio de 1993). "El papel de la glicosilación y fosforilación en la expresión de la beta-glucuronidasa humana activa". La revista de química biológica . 268 (16): 12193–8. PMID 8505339 .
- ^ a b c Kim HW, Mino K, Ishikawa K (diciembre de 2008). "Cristalización y análisis de rayos X preliminar de endoglucanasa de Pyrococcus horikoshii" . Acta Crystallographica. Sección F, Comunicaciones de Biología Estructural y Cristalización . 64 (Pt 12): 1169–71. doi : 10.1107 / S1744309108036919 . PMC 2593689 . PMID 19052378 .
- ^ Henrissat B, Bairoch A (agosto de 1993). "Nuevas familias en la clasificación de glicosil hidrolasas basadas en similitudes de secuencia de aminoácidos" . La revista bioquímica . 293 (Parte 3) (3): 781–8. doi : 10.1042 / bj2930781 . PMC 1134435 . PMID 8352747 .
- ^ Henrissat B (diciembre de 1991). "Una clasificación de glicosil hidrolasas basada en similitudes de secuencia de aminoácidos" . La revista bioquímica . 280 (Parte 2) (2): 309-16. doi : 10.1042 / bj2800309 . PMC 1130547 . PMID 1747104 .
- ^ a b Islam MR, Tomatsu S, Shah GN, Grubb JH, Jain S, Sly WS (agosto de 1999). "Residuos del sitio activo de beta-glucuronidasa humana. Evidencia de Glu (540) como nucleófilo y Glu (451) como residuo ácido-base" . La revista de química biológica . 274 (33): 23451–5. doi : 10.1074 / jbc.274.33.23451 . PMID 10438523 .
- ^ a b Wong AW, He S, Grubb JH, Sly WS, Withers SG (diciembre de 1998). "Identificación de Glu-540 como el nucleófilo catalítico de la beta-glucuronidasa humana mediante espectrometría de masas por electropulverización" . La revista de química biológica . 273 (51): 34057–62. doi : 10.1074 / jbc.273.51.34057 . PMID 9852062 .
- ^ a b "EzCatDB: T00066" . EzCatDB: una base de datos de mecanismos catalíticos . Archivado desde el original el 17 de junio de 2009 . Consultado el 12 de diciembre de 2008 .
- ^ a b Henrissat B, Callebaut I, Fabrega S, Lehn P, Mornon JP, Davies G (julio de 1995). "Maquinaria catalítica conservada y la predicción de un pliegue común para varias familias de glicosil hidrolasas" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 92 (15): 7090–4. Código Bibliográfico : 1995PNAS ... 92.7090H . doi : 10.1073 / pnas.92.15.7090 . PMC 41477 . PMID 7624375 .
- ^ a b Fyfe JC, Kurzhals RL, Lassaline ME, Henthorn PS, Alur PR, Wang P, Wolfe JH, Giger U, Haskins ME, Patterson DF, Sun H, Jain S, Yuhki N (junio de 1999). "Base molecular de la deficiencia de beta-glucuronidasa felina: un modelo animal de mucopolisacaridosis VII". Genómica . 58 (2): 121–8. doi : 10.1006 / geno.1999.5825 . PMID 10366443 .
- ^ Birkenmeier EH, Davisson MT , Beamer WG, Ganschow RE, Vogler CA, Gwynn B, Lyford KA, Maltais LM, Wawrzyniak CJ (abril de 1989). "Mucopolisacaridosis murina tipo VII. Caracterización de un ratón con deficiencia de beta-glucuronidasa" . La Revista de Investigación Clínica . 83 (4): 1258–66. doi : 10.1172 / JCI114010 . PMC 303816 . PMID 2495302 .
- ^ Haskins ME, Desnick RJ, DiFerrante N, Jezyk PF, Patterson DF (octubre de 1984). "Deficiencia de beta-glucuronidasa en un perro: un modelo de mucopolisacaridosis VII humana" . Investigación pediátrica . 18 (10): 980–4. doi : 10.1203 / 00006450-198410000-00014 . PMID 6436780 .
- ^ Marathe SV, McEwen JE (febrero de 1995). "Vectores con el gen reporter gus para identificar y cuantificar regiones promotoras en Saccharomyces cerevisiae". Gene . 154 (1): 105–7. doi : 10.1016 / 0378-1119 (94) 00845-J . PMID 7867935 .
- ^ Pettersen EF, Goddard TD, Huang CC, Couch GS, Greenblatt DM, Meng EC, Ferrin TE (octubre de 2004). "UCSF Chimera - un sistema de visualización para análisis e investigación exploratoria" (PDF) . Revista de Química Computacional . 25 (13): 1605–12. doi : 10.1002 / jcc.20084 . PMID 15264254 . S2CID 8747218 .
Otras lecturas
- George J (junio de 2008). "La beta-glucuronidasa sérica elevada refleja la fragilidad lisosomal hepática después de una lesión hepática tóxica en ratas". Bioquímica y Biología Celular . 86 (3): 235–43. doi : 10.1139 / O08-038 . PMID 18523484 .
- Bell CE, Sly WS, Brot FE (enero de 1977). "Mucopolisacaridosis por deficiencia de beta-glucuronidasa humana: identificación de antígeno de reacción cruzada en cultivos de fibroblastos de pacientes deficientes mediante inmunoensayo enzimático" . La Revista de Investigación Clínica . 59 (1): 97-105. doi : 10.1172 / JCI108627 . PMC 333336 . PMID 401508 .
- Tanaka J, Gasa S, Sakurada K, Miyazaki T, Kasai M, Makita A (enero de 1992). "Caracterización de las subunidades y la fracción de azúcar de la beta-glucuronidasa placentaria y leucémica humana". Química biológica Hoppe-Seyler . 373 (1): 57–62. doi : 10.1515 / bchm3.1992.373.1.57 . PMID 1311180 .
- Wolfe JH, Sands MS, Barker JE, Gwynn B, Rowe LB, Vogler CA, Birkenmeier EH (1993). "Reversión de patología en mucopolisacaridosis murina tipo VII por transferencia de genes de células somáticas". Naturaleza . 360 (6406): 749–53. doi : 10.1038 / 360749a0 . PMID 1465145 . S2CID 4337590 .
- Tomatsu S, Fukuda S, Sukegawa K, Ikedo Y, Yamada S, Yamada Y, Sasaki T, Okamoto H, Kuwahara T, Yamaguchi S (enero de 1991). "Mucopolisacaridosis tipo VII: caracterización de mutaciones y heterogeneidad molecular" . Revista Estadounidense de Genética Humana . 48 (1): 89–96. PMC 1682743 . PMID 1702266 .
- Shipley JM, Miller RD, Wu BM, Grubb JH, Christensen SG, Kyle JW, Sly WS (agosto de 1991). "Análisis de la región flanqueante 5 'del gen de la beta-glucuronidasa humana". Genómica . 10 (4): 1009–18. doi : 10.1016 / 0888-7543 (91) 90192-H . PMID 1916806 .
- Ono M, Taniguchi N, Makita A, Fujita M, Sekiya C, Namiki M (abril de 1988). "Fosforilación de beta-glucuronidasas de hígado humano normal y hepatoma por proteína quinasa dependiente de cAMP". La revista de química biológica . 263 (12): 5884–9. PMID 2833520 .
- Guise KS, Korneluk RG, Waye J, Lamhonwah AM, Quan F, Palmer R, Ganschow RE, Sly WS, Gravel RA (1985). "Aislamiento y expresión en Escherichia coli de un clon de cDNA que codifica beta-glucuronidasa humana". Gene . 34 (1): 105–10. doi : 10.1016 / 0378-1119 (85) 90300-2 . PMID 3924735 .
- Ho YC, Ho LH, Ho KJ (1985). "Beta-glucuronidasa hepática humana: un estudio cinético de enzimas". Enzima . 33 (1): 9-17. doi : 10.1159 / 000469398 . PMID 3987656 .
- Shipley JM, Klinkenberg M, Wu BM, Bachinsky DR, Grubb JH, Sly WS (marzo de 1993). "Análisis mutacional de un paciente con mucopolisacaridosis tipo VII e identificación de pseudogenes" . Revista Estadounidense de Genética Humana . 52 (3): 517–26. PMC 1682147 . PMID 7680524 .
- Vervoort R, Lissens W, Liebaers I (1994). "Análisis molecular de un paciente con hidropesía fetal causada por deficiencia de beta-glucuronidasa y evidencia de pseudogenes adicionales". Mutación humana . 2 (6): 443–5. doi : 10.1002 / humu.1380020604 . PMID 8111412 . S2CID 46432543 .
- Wu BM, Sly WS (1994). "Estudios mutacionales en un paciente con hidropesía fetal en forma de mucopolisacaridosis tipo VII". Mutación humana . 2 (6): 446–57. doi : 10.1002 / humu.1380020605 . PMID 8111413 . S2CID 21484555 .
- Maruyama K, Sugano S (enero de 1994). "Oligo-taponamiento: un método simple para reemplazar la estructura de la tapa de ARNm eucariotas con oligoribonucleótidos". Gene . 138 (1–2): 171–4. doi : 10.1016 / 0378-1119 (94) 90802-8 . PMID 8125298 .
- Moullier P, Bohl D, Heard JM, Danos O (junio de 1993). "Corrección del almacenamiento lisosómico en el hígado y el bazo de ratones MPS VII mediante la implantación de fibroblastos cutáneos modificados genéticamente". Genética de la naturaleza . 4 (2): 154–9. doi : 10.1038 / ng0693-154 . PMID 8348154 . S2CID 26122567 .
- Shipley JM, Grubb JH, Sly WS (junio de 1993). "El papel de la glicosilación y fosforilación en la expresión de la beta-glucuronidasa humana activa". La revista de química biológica . 268 (16): 12193–8. PMID 8505339 .
- Nishimura Y, Kato K, Himeno M (julio de 1995). "Caracterización bioquímica de las beta-glucuronidasas microsomales, de Golgi, lisosomales y séricas del hígado en ratas tratadas con fosfato de dibutilo". Revista de bioquímica . 118 (1): 56–66. doi : 10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a124892 . PMID 8537326 .
- Jain S, Drendel WB, Chen ZW, Mathews FS, Sly WS, Grubb JH (abril de 1996). "La estructura de la beta-glucuronidasa humana revela candidatos lisosomales dirigidos y motivos de sitio activo". Biología estructural de la naturaleza . 3 (4): 375–81. doi : 10.1038 / nsb0496-375 . PMID 8599764 . S2CID 28862883 .
- Vervoort R, Islam MR, Sly WS, Zabot MT, Kleijer WJ, Chabas A, Fensom A, Young EP, Liebaers I, Lissens W (marzo de 1996). "Análisis molecular de pacientes con deficiencia de beta-glucuronidasa que se presentan como hidropesía fetal o mucopolisacaridosis VII temprana" . Revista Estadounidense de Genética Humana . 58 (3): 457–71. PMC 1914559 . PMID 8644704 .
- Bonaldo MF, Lennon G, Soares MB (septiembre de 1996). "Normalización y resta: dos enfoques para facilitar el descubrimiento de genes" . Investigación del genoma . 6 (9): 791–806. doi : 10.1101 / gr.6.9.791 . PMID 8889548 .
- Dentino AR, Raj PA, De Nardin E (enero de 1997). "Sutiles diferencias entre los receptores de neutrófilos humanos y de conejo mostradas por la actividad secretagogo de péptidos de formilo constreñidos". Archivos de Bioquímica y Biofísica . 337 (2): 267–74. doi : 10.1006 / abbi.1996.9791 . PMID 9016822 .
enlaces externos
- Glucuronidasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- Investigación actualizada sobre la glucuronidasa reportero y otros reporteros de Reportergene
- Base de datos de investigación de mecanismos catalíticos y otra información sobre beta-glucuronidasa