La quimopapaína ( EC 3.4.22.6 , quimopapaína A , quimopapaína B , quimopapaína S , nombre de marca Quimodiactina ) es una enzima proteolítica aislada del látex de papaya ( Carica papaya ). Es una cisteína proteasa que pertenece al grupo PLCP. [1] Debido a su actividad proteolítica, es la molécula principal en el proceso de quimionucleólisis, que se utiliza en algunos procedimientos como el tratamiento de hernias de discos lumbares inferiores en la columna mediante un método no quirúrgico. [2]
Quimopapaína | ||||||||
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![]() Estructura de la quimopapaína | ||||||||
Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.4.22.6 | |||||||
No CAS. | 2593837 | |||||||
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 | |||||||
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Estructura
Estructura primaria
El zimógeno de la quimopapaína está formado por un total de 352 residuos y tiene un peso de aproximadamente 23,78 kDa. [3] Se pueden distinguir tres regiones diferentes dentro de la cadena del precursor. [4]
- Los primeros 18 aminoácidos actúan como una señal de clasificación al indicar el destino final de la quimopapaína dentro de la célula cuando se clasifica mediante el aparato de Golgi . [4] Aunque este destino final aún no se ha estudiado por completo, otros PLCP están contenidos en lisosomas y otras vesículas acidificadas y se cree que la quimopapaína también está en estas mismas vesículas. [1] [5] También se sabe que la quimopapaína se secreta fuera de la célula. [6]
- La segunda región está constituida por los residuos 19 a 134, que forman un propéptido que se eliminará tras la activación una vez que la quimopapaína alcance su destino final dentro de la célula. [4] Esta región permite que la proteína se pliegue correctamente en el retículo endoplasmático y estabilice la cadena en diferentes condiciones de acidez, ya que su pH óptimo varía de 3,5 a 10 según el sustrato. [7] Por lo tanto, la capacidad de trabajar en condiciones de pH bajo apoya la idea de que la quimopapaína se puede encontrar en los lisosomas . [1] [5] El propéptido se pliega de una manera que evita que los sustratos entren en el sitio activo , bloqueando así la actividad proteolítica hasta que se escinde. [8] [9]
- El resto de las proteínas -residuos 135 a 352- conforman la cadena madura de la quimopapaína . [4] En esta región se pueden destacar tres aminoácidos, que son Cys159, His293 y Asn313, ya que constituyen la prueba catalítica de la enzima. [10] Cys159 e His293 son los dos residuos que realizan la catálisis del sustrato mientras que Asn313 interactúa con Cys159 y orienta adecuadamente su anillo de imidazolio para permitir que ocurra la reacción, desempeñando así una función esencial en la catálisis también. [11]
Estructuras secundarias y terciarias
La estructura de la quimopapaína se resolvió mediante técnicas de difracción de rayos X. [4] El análisis de esta estructura mostró que la quimopapaína tiene 7 regiones de hélice alfa , 10 regiones de hoja beta y 2 vueltas de bucle. [4] Estos 2 giros son la principal diferencia entre la estructura de la quimopapaína y otras proteínas proteinasas de papaya como la papaína o la caricatura , que tienen conformaciones similares. [13] [14]
Además, la quimopapaína presenta 3 enlaces disulfuro como modificaciones postraduccionales establecidas entre los residuos 156-197, 190-229 y 287-338. [4]
Estructura cuaternaria
La quimopapaína presenta una estructura cuaternaria caracterizada por la formación de homo dímeros , lo que significa que dos cadenas de quimopapaína se unen entre sí a través de interacciones débiles para conformar una estructura biológica única. [12]
Función
Además de todas las demás enzimas del grupo PLCP, la quimopapaína es una cisteína proteasa . Las proteasas son enzimas que hidrolizan los enlaces peptídicos entre los residuos que forman una proteína. En cada hidrólisis se libera una molécula de agua. Específicamente, una cisteína proteasa es una enzima que rompe el enlace peptídico utilizando el grupo tiol de un residuo de cisteína como nucleófilo. Para hidrolizar, debe usarse toda la tríada catalítica de la enzima. [15] Este está constituido por una cisteína , el residuo Cys159, una histidina , el residuo His203 y un tercer residuo, que tiende a ser una asparagina , específicamente el residuo Asn313. [16] Los grupos funcionales utilizados en la reacción son el grupo tiol de la cisteína y el anillo de imidazolio de una histidina. El residuo de asparagina actúa orientando el anillo de imidazolio de la histidina. [17]
El mecanismo seguido se expone a continuación: [11] [18]
- El grupo tiol de la cisteína pierde un protón, por lo que se carga negativamente y el grupo amino de la histidina atrapa un protón, lo que le da una carga positiva .
- La cisteína forma un enlace con el carbono rompiendo el doble enlace del carbono con el oxígeno y convirtiéndolo en un enlace simple.
- El grupo amino es atraído por la carga positiva de la histidina y se forma un enlace entre estos dos. El enlace peptídico ahora se rompe y el grupo carbonilo se rehace.
- El grupo NH 2 R se libera de la histidina. El enlace entre el grupo tiol de la cisteína y el carbono se rompe y un grupo NHR lo reemplaza.
Cuando estos dos enlaces se rompen, la tríada catalítica de la quimopapaína está disponible para usarse nuevamente.
Síntesis
La quimopapaína ya no se usa como método estándar para tratar el dolor lumbar crónico debido a sus posibles efectos secundarios. [19] [20] Por lo tanto, no es necesario sintetizarlo artificialmente. De hecho, la venta y distribución de esta proteína se interrumpió en los EE. UU. En 2003.
Sin embargo, varios estudios han demostrado diferentes métodos exitosos para extraer y aislar la proteasa, que varían entre los autores. [21] [22] El procedimiento más común es el descrito por Baines & Brocklehurst en 1979. [23]
Para la obtención de la proteína se utilizan frutos de Carica Papaya, ya que la quimopapaína se encuentra en su látex. Las papayas deben estar justo en el paso anterior antes de la maduración, lo que implica un diámetro promedio de 6 a 10 cm. [24]
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/8/86/Chymopapain_synthesis.png/310px-Chymopapain_synthesis.png)
Se tienen que realizar unas incisiones longitudinales de 2mm de profundidad a través de la piel para proceder a la extracción del látex, que puede recogerse en forma sólida unos minutos después de la extracción. Las proteasas presentes en el látex de la fruta son precursores inactivos que se activan una vez que la papaya está herida. [25] En 0,3 ml de látex hay aproximadamente 15 mg de quimopapaína. [26]
Si queremos conservar las propiedades proteolíticas, el látex debe conservarse con metabisulfito de sodio y almacenarse a una temperatura baja de unos -10 ° C. [27] Si se usa inmediatamente después de las incisiones, se agrega un tampón para extraer las proteínas: tampón EDTA , sulfato de amonio o fosfato, todos con una concentración de 0,5 mM y un pH de 7.
También es importante bloquear las funciones del tiol para evitar la oxidación del aire y la pérdida de actividad proteolítica. [25]
Para eliminar las moléculas orgánicas e insolubles, la muestra se filtra primero y luego se centrifuga a 11000g durante 30min. [26] El sedimento se desecha y el sobrenadante se agrega a alcohol al 96% en una proporción de 1: 3. [27] Las impurezas se precipitan y pueden eliminarse mediante filtración. Posteriormente, se realiza el fraccionamiento del (NH 4 ) 2 SO 4 mediante la adición de esta sustancia a una concentración de 0,472 mg / ml. [26] La quimopapaína se precipita y puede recuperarse mediante otra centrifugación, nuevamente a 11000 g durante 30 minutos. Se descarta el sobrenadante y se puede realizar la cromatografía de intercambio iónico, con un gradiente lineal de 100 mM (Na + ) y diferentes volúmenes de elución. Estudiando A 280 se encuentra quimopapaína en la fracción de 750-1000 ml. [25]
Una vez que se ha aislado la quimopapaína, se puede cristalizar mediante la adición gradual de cloruro de sodio a pH 2,0, lo que puede tardar hasta 4 días. [28]
Aplicaciones médicas
Datos clinicos | |
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Vías de administración | Inyección en el disco intervertebral |
Código ATC |
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Estatus legal | |
Estatus legal |
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Identificadores | |
Número CAS |
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ChemSpider |
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UNII |
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CHEMBL |
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La quimopapaína es uno de los sustratos utilizados en la quimionucleólisis (un tipo de discectomía percutánea ). [29] Este método fue una nueva propuesta para tratar la enfermedad primaria del disco intervertebral lumbar utilizando un método no quirúrgico. De hecho, el tratamiento consiste en una inyección de enzimas proteolíticas para disolver el núcleo pulposo herniado de los discos intervertebrales. La quimopapaína purificada es el componente principal de la inyección, compuesta básicamente por 20 mg en cinco mililitros. Se presenta en viales que contienen 10.000 unidades del agente liofilizado con 0,37 mg de edetato disódico, [30] 3,5 mg de hidrocloruro de cisteína monohidrato y 1,0 mg de bisulfuro. Todos ellos actúan como estabilizadores y activadores. El hidróxido de sodio se encarga de ajustar el PH de la solución. Luego, la inyección se rehidrata con 5 mililitros de agua esterilizada.
Un cirujano inyecta la solución directamente en el disco herniado en la columna para disolver parte de él y aliviar el dolor. Este proceso está bajo control fluoroscópico. La quimopapaína es responsable de la catálisis, tanto in vivo como in vitro, de una rápida reducción de la viscosidad y, como consecuencia, del peso del núcleo pulposo . De hecho, es una despolimerización de la condromucoproteína [31] y una disminución de la capacidad de un disco para absorber líquido. La dosis para un solo disco intervertebral es de 2 a 4 nanocatales , con una dosis máxima por paciente de 8 nanocatales. Las inyecciones de quimopapaína normalmente se administran con anestesia local, en lugar de general .
Esta enzima ha sido estudiada por importantes departamentos universitarios de todo el mundo. [32] [33] [34] Se probó tanto en animales como en humanos y, en muy raras ocasiones, causó efectos secundarios graves como parálisis de las piernas y muerte . [35] También podría causar anafilaxia , pero solo se observó en el 1% de los pacientes que recibieron el medicamento.
La venta y distribución de quimopapaína se interrumpió en los Estados Unidos el 27 de enero de 2003 después de que la empresa productora decidió dejar de venderla en todo el mundo. [36] [37]
Ver también
- Papaína
Referencias
- ^ a b c EMBL-EBI, InterPro. "Peptidasa C1A, papaína C-terminal (IPR000668) . www.ebi.ac.uk . Consultado el 11 de octubre de 2018 .
- ^ "Inyección de quimopapaína de MedicineNet" . Archivado desde el original el 4 de agosto de 2009 . Consultado el 21 de julio de 2009 .
- ^ a b Maes, D .; Bouckaert, J .; Poortmans, F .; Wyns, L .; Looze, Y. (23 de diciembre de 1996). "Carica Papaya Chymopapain a 1,7 Angstroms de resolución" . Bioquímica . 35 : 16292–16298. doi : 10.2210 / pdb1yal / pdb . Consultado el 17 de octubre de 2018 .
- ^ a b c d e f g Maes D, Bouckaert J, Poortmans F, Wyns L, Looze Y (diciembre de 1996). "Estructura de la quimopapaína a una resolución de 1,7 A". Bioquímica . 35 (50): 16292–8. doi : 10.1021 / bi961491w . PMID 8973203 .
- ^ a b grupo, NIH / NLM / NCBI / IEB / CDD. "Peptidasa_C1A de dominio proteico conservado de NCBI CDD" . www.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 11 de octubre de 2018 .
- ^ Oberg KA, Ruysschaert JM, Azarkan M, Smolders N, Zerhouni S, Wintjens R, Amrani A, Looze Y (noviembre de 1998). "La papaya glutamina ciclasa, una enzima vegetal altamente resistente a la proteólisis, adopta una conformación completamente beta" . Revista europea de bioquímica . 258 (1): 214-22. doi : 10.1046 / j.1432-1327.1998.2580214.x . PMID 9851712 .
- ^ Khan I, Polgar L (8 de noviembre de 1983). "Purificación y caracterización de una nueva proteinasa, quimopapaína S". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Temas generales . 760 (3): 350–356. doi : 10.1016 / 0304-4165 (83) 90372-0 .
- ^ "Quimopapaína - Carica papaya (Papaya)" . www.uniprot.org . Consultado el 11 de octubre de 2018 .
- ^ "SMART: anotación de dominio inhibidor_I29" . smart.embl.de . Consultado el 11 de octubre de 2018 .
- ^ Gariev IA. "HCS: quimopapaína" . www.enzyme.chem.msu.ru . Consultado el 11 de octubre de 2018 .
- ^ a b López-Iglesias M, Gotor-Fernández V (agosto de 2015). "Avances recientes en promiscuidad biocatalítica: reacciones catalizadas por hidrolasa para transformaciones no convencionales". El registro químico . 15 (4): 743–59. doi : 10.1002 / tcr.201500008 . hdl : 10651/34362 . PMID 26147872 .
- ^ a b "HotSpot Wizard 3.0" . loschmidt.chemi.muni.cz . Consultado el 11 de octubre de 2018 .
- ^ Jacquet A, Kleinschmidt T, Schnek AG, Looze Y, Braunitzer G (mayo de 1989). "Las tiol proteinasas del látex de Carica papaya L. III. La estructura primaria de la quimopapaína". Química biológica Hoppe-Seyler . 370 (5): 425–34. doi : 10.1515 / bchm3.1989.370.1.425 . PMID 2500950 .
- ^ Watson DC, Yaguchi M, Lynn KR (febrero de 1990). "La secuencia de aminoácidos de la quimopapaína de Carica papaya" . La revista bioquímica . 266 (1): 75–81. doi : 10.1042 / bj2660075 . PMC 1131098 . PMID 2106878 .
- ^ EMBL-EBI, InterPro. "Peptidasa C1A, papaína C-terminal (IPR000668) . www.ebi.ac.uk . Consultado el 20 de octubre de 2018 .
- ^ Gariev, Igor A. "HCS: Chymopapain" . www.enzyme.chem.msu.ru . Consultado el 20 de octubre de 2018 .
- ^ López-Iglesias M, Gotor-Fernández V (agosto de 2015). "Avances recientes en promiscuidad biocatalítica: reacciones catalizadas por hidrolasa para transformaciones no convencionales". El registro químico . 15 (4): 743–59. doi : 10.1002 / tcr.201500008 . hdl : 10651/34362 . PMID 26147872 .
- ^ "Tratamiento funcional de densidad de interacciones y reacciones químicas en superficies" . ResearchGate . Consultado el 20 de octubre de 2018 .
- ^ Deeb ZL, Schimel S, Daffner RH, Lupetin AR, Hryshko FG, Blakley JB (abril de 1985). "Infección del espacio del disco intervertebral después de la inyección de quimopapaína". AJR. Revista estadounidense de roentgenología . 144 (4): 671–4. doi : 10.2214 / ajr.144.4.671 . PMID 3156470 . S2CID 18909656 .
- ^ Sussman BJ (abril de 1975). "Insuficiencias y peligros de las inyecciones de quimopapaína como tratamiento para la enfermedad del disco intervertebral". Revista de neurocirugía . 42 (4): 389–96. doi : 10.3171 / jns.1975.42.4.0389 . PMID 123576 .
- ^ Monti, Rubens; Basilio, Carmelita A .; Trevisan, Henrique C .; Contiero, Jonas (2000). "Purificación de papaína a partir de látex fresco de Carica papaya" . Archivos Brasileños de Biología y Tecnología . 43 (5): 501–507. doi : 10.1590 / S1516-89132000000500009 . ISSN 1516-8913 .
- ^ Buttle DJ, Barrett AJ (octubre de 1984). "Quimopapaína. Purificación cromatográfica y caracterización inmunológica" . La revista bioquímica . 223 (1): 81–8. doi : 10.1042 / bj2230081 . PMC 1144267 . PMID 6437389 .
- ^ Baines BS, Brocklehurst K (febrero de 1979). "Una modificación necesaria para la preparación de papaína a partir de cualquier látex de alta calidad de Carica papaya y evidencia de la integridad estructural de la enzima producida por métodos tradicionales" . La revista bioquímica . 177 (2): 541–8. doi : 10.1042 / bj1770541 . PMC 1186404 . PMID 435250 .
- ^ P., Castillo; E., Aguirre (15 de septiembre de 2009). "Extracción y estudio comparativo de las enzimas proteolíticas del fruto toronche (carica-stipulata) y de la papaya (carica-papaya) y su aplicación en la industria alimenticia" . Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ a b c Azarkan M, El Moussaoui A, van Wuytswinkel D, Dehon G, Looze Y (junio de 2003). "Fraccionamiento y purificación de las enzimas almacenadas en el látex de Carica papaya". Journal of Chromatography B . 790 (1–2): 229–38. doi : 10.1016 / s0021-9673 (02) 01534-0 . PMID 12767335 .
- ^ a b c Buttle DJ, Barrett AJ (octubre de 1984). "Quimopapaína. Purificación cromatográfica y caracterización inmunológica" . La revista bioquímica . 223 (1): 81–8. doi : 10.1042 / bj2230081 . PMC 1144267 . PMID 6437389 .
- ^ a b Andrade-Mahecha, Margarita María et al. “Estudio del proceso de extracción de papaína a partir de látex de frutos de papaya (Carica papaya L.) Cv. Maradol ". (2013).
- ^ Ebata M, Yasunobu KT (abril de 1962). "Quimopapaína. I. Aislamiento, cristalización y caracterización preliminar" (PDF) . La revista de química biológica . 237 : 1086–94. PMID 13888995 .
- ^ "Quimionucleólisis" (PDF) . Couto JMC, Castilho EA de, Menezes PR. Quimionucleólisis en la hernia de disco lumbar: un metaanálisis. Clínicas. 2007; 62 (2): 175-80 .
- ^ "Edetato disódico" .
- ^ "Descripción de la condromucoproteína" .
- ^ "Estudio sobre quimopapaína" (PDF) .
- ^ Knezevic NN, Mandalia S, Raasch J, Knezevic I, Candido KD (mayo de 2017). "Tratamiento del dolor lumbar crónico - nuevos enfoques en el horizonte" . Revista de investigación del dolor . 10 : 1111–1123. doi : 10.2147 / jpr.s132769 . PMC 5436786 . PMID 28546769 .
- ^ Wardlaw D (2016). "Ciática causada por hernia de disco: ¿Por qué se les niega la quimiopapaína a nuestros pacientes?" . Revista Internacional de Cirugía de la Columna Vertebral . 10 : 44. doi : 10.14444 / 3044 . PMC 5374990 . PMID 28377858 .
- ^ "Quimopapaína" . La Clínica Mayo.
- ^ "Descripción y marcas de quimopapaína (vía de inyección) - Clínica Mayo" .
- ^ "El estado actual de la quimopapaína" . Archivado desde el original el 21 de enero de 2016 . Consultado el 1 de abril de 2013 .
Otras lecturas
- La base de datos en línea MEROPS para peptidasas y sus inhibidores: C01.002
- Ficha técnica de papaína de BIOZYM