La peroxidasa de eosinófilos es una enzima que se encuentra dentro de los granulocitos de eosinófilos , células inmunes innatas de humanos y mamíferos. Esta proteína oxidorreductasa está codificada por el gen EPX , expresado dentro de estas células mieloides. La EPO comparte muchas similitudes con sus peroxidasas ortólogas , mieloperoxidasa (MPO), lactoperoxidasa (LPO) y peroxidasa tiroidea (TPO). La proteína se concentra en gránulos secretores dentro de los eosinófilos. La peroxidasa de eosinófilos es una hemo peroxidasa , sus actividades incluyen la oxidación de iones haluro a bactericidas. especies reactivas de oxígeno , la rotura catiónica de las paredes de las células bacterianas y la modificación postraduccional de los residuos de aminoácidos proteicos.
EPX | |||||||||||||||||||||||||
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Identificadores | |||||||||||||||||||||||||
Alias | EPX , EPO, EPP, EPX-PEN, EPXD, peroxidasa de eosinófilos | ||||||||||||||||||||||||
Identificaciones externas | OMIM : 131399 MGI : 107569 HomoloGene : 20144 GeneCards : EPX | ||||||||||||||||||||||||
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Ortólogos | |||||||||||||||||||||||||
Especies | Humano | Ratón | |||||||||||||||||||||||
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Ubicación (UCSC) | Crónicas 17: 58.19 - 58.21 Mb | Crónicas 11: 87,86 - 87,88 Mb | |||||||||||||||||||||||
Búsqueda en PubMed | [3] | [4] | |||||||||||||||||||||||
Wikidata | |||||||||||||||||||||||||
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La función principal de la peroxidasa de eosinófilos es catalizar la formación de ácidos hipohalosos a partir de peróxido de hidrógeno e iones haluro en solución. Por ejemplo:
- H 2 O 2 + Br - → HOBr + H 2 O
Los ácidos hipohalosos formados a partir de haluros o pseudohaluros son potentes agentes oxidantes. [a] Sin embargo, el papel de la peroxidasa eosinofílica parece ser generar ácidos hifalosos principalmente a partir de bromuro y yoduro en lugar de cloruro, ya que los primeros se ven favorecidos en gran medida sobre los segundos. La enzima mieloperoxidasa es responsable de la formación de la mayor parte del ácido hipocloroso en el cuerpo, y la peroxidasa de eosinófilos es responsable de reacciones que involucran bromuro y yoduro.
Gene
Se encontró que el marco de lectura abierto de la peroxidasa de eosinófilos humanos tenía una longitud de 2.106 pares de bases (pb). Este comprende una prosecuencia de 381 pb, una secuencia de 333 pb que codifica la cadena ligera y una secuencia de 1392 pb que codifica la cadena pesada. Además de estos, hay una región no traducida de 452 pb en el extremo 3 'que contiene la señal de poliadenilación AATAAA . [5]
La secuencia promotora de la peroxidasa de eosinófilos humana es un promotor inusualmente fuerte. Todos los elementos reguladores principales se encuentran dentro de los 100 pb corriente arriba del gen. [6]
El perfil de expresión de EPX se ha caracterizado y está disponible en línea a través de BioGPS . Este conjunto de datos indica que tanto en humanos como en ratones, EPX solo se expresa en la médula ósea. En este nivel, es más de 30 veces el nivel promedio de expresión en todos los tejidos del cuerpo.
Proteína
- Peso molecular: 57 kDa (cadena pesada), 11 kDa (cadena ligera) (predicho); 52 kDa, 15 kDa (observado) [5] [7]
- Punto isoeléctrico p I = 10,31 (previsto); 7,62 (observado) [8]
- Máximo de absorción electrónica a 413 nm ( banda de Soret ) [9]
- Se une a 1 equivalente de calcio [5]
- Glucosilado en cuatro residuos de asparagina : 315, 351, 443 y 695 [10]
- Un sitio activo por monómero.
La cadena polipeptídica se procesa proteolíticamente en una cadena pesada y una ligera durante la maduración. Sin embargo, las dos cadenas todavía están íntimamente conectadas, sobre todo por el cofactor hemo unido covalentemente. La proteína se produce en los ribosomas incrustados en la superficie del retículo endoplásmico, ya que finalmente debe localizarse en los gránulos. La proteína precursora pasa por los siguientes pasos de procesamiento antes de activarse:
- Escisión de la secuencia de señal de ER
- escisión de propéptidos
- modificación del cofactor hemo
- enlace covalente del cofactor hemo. [9]
A diferencia de la MPO, el hemo en la EPO no está vinculado a través de la metionina. Esto afecta las características catalíticas (ver Sitio activo ). [9]
Estructura secundaria
La peroxidasa de eosinófilos es una enzima predominantemente α-helicoidal que contiene hemo. El núcleo del dominio catalítico que rodea el sitio activo consta de seis hélices α, cinco de la cadena polipeptídica pesada y una de la ligera. [11] El pliegue de la enzima se conoce como pliegue hemo peroxidasa, conservado entre todos los miembros de esta familia de genes. Sin embargo, no todos los miembros poseen actividad peroxidasa. [9]
El sitio de unión del ión calcio tiene una geometría bipiramidal pentagonal típica . Está unido dentro de un bucle de ocho residuos de la cadena pesada. Los ligandos son proporcionados por hidroxilo de serina y treonina; carbonilo de la cadena principal; y grupos de ácido carboxílico, uno de los cuales proviene de la cadena polipeptídica ligera. El sitio de calcio sirve no solo como un andamio para el plegamiento de proteínas, sino también para la asociación adecuada de las dos cadenas. De hecho, cuando se elimina el ión calcio, la proteína se precipita fuera de la solución. [11]
Estructura terciaria
La proteína contiene solo un único dominio modular . A este respecto, es principalmente una enzima metabólica o un efector terminal; tiene poco papel en las vías de señalización celular. La estructura general de las cuatro peroxidasas hemo de mamíferos (MPO, LPO, EPO y TPO) es casi idéntica. [9] Sin embargo, MPO es único en su existencia como un dímero catalítico puenteado por un enlace disulfuro. [10] Uno de los primeros aspectos conocidos de la peroxidasa de eosinófilos fue que era altamente catiónica, como lo indica su alto punto isoeléctrico (ver Proteína). Peroxidasa de eosinófilos no se ha caracterizado por cristalografía de rayos X . Sin embargo, una correspondencia directa entre los espectros de absorción de EPO, TPO y LPO, así como una alta similitud de secuencia, nos permite comparar las propiedades de los tres. Las características de la mieloperoxidasa son algo diferentes, debido a su estado de multimerización así como a su enlace hemo alternativo. Además, se ha creado un modelo de homología para EPO basado en la estructura de difracción de rayos X. [10]
El pliegue está muy conservado y parece optimizado para la función catalítica. Sin embargo, existen diferencias que, como era de esperar, explican las diferencias en la especificidad del sustrato entre las peroxidasas. Esta furcación es un lugar común en el estudio de la evolución de las proteínas. Las características estructurales que son altamente necesarias para la función están sujetas a una fuerte presión de conservación, mientras que las regiones distantes del sitio activo sufren una deriva genética. Esto puede conducir a la especialización o diferenciación de funciones que surgen de la modificación de un resto de núcleo enzimático. Por ejemplo, la peroxidasa tiroidea estrechamente relacionada cataliza una reacción de oxidación específica en la biosíntesis de una hormona, mientras que otras hemo peroxidasas cumplen funciones en la defensa inmunitaria y la señalización redox.
Estructura cuaternaria
Se sabe que la EPO humana existe como monómero soluble . [9]
Sitio activo
El sitio activo de la peroxidasa de eosinófilos contiene un solo átomo de hierro en complejación tetradentada con un cofactor de protoporfirina IX . Es notable porque este grupo protésico está unido covalentemente al polipéptido mediante enlaces éster . Asp232 y Glu380 de EPO están unidos covalentemente a través de sus átomos de oxígeno terminales a las cadenas laterales modificadas de la protoporfirina. [9] A modo de comparación, en la mieloperoxidasa, hay un tercer punto de unión, Met243 que forma un puente de iones sulfonio con el grupo vinilo colgante en el hemo. Esta característica está ausente en EPO y el residuo correspondiente es treonina .
El quinto ligando de hierro es un residuo de histidina conservado , unido directamente por enlaces de hidrógeno a un residuo de asparagina . [9] Estos dos residuos críticos aseguran que el hierro tenga un potencial de reducción de Fe (III) / Fe (II) apropiado para la catálisis. Se dice que los sextos ligandos de hierro están ubicados en el lado distal del grupo hemo. Estos incluyen una red de agua corta que comprende cinco moléculas; estabilizado por enlaces de hidrógeno con residuos de histidina, glutamina y arginina. [9] La cara distal se utiliza para la unión del sustrato y la catálisis.
Las estructuras cristalinas de MPO se han resuelto tanto en estados nativos como con inhibidores unidos y están depositadas en el Protein Data Bank con los números de acceso 1CXP , 1D5L , 1D2V y 1D7W .
Mecanismo
El mecanismo básico de las hemo peroxidasas consiste en utilizar peróxido de hidrógeno para producir una forma activada del cofactor hemo, en la que el hierro toma el estado de oxidación +4. A continuación, el oxígeno activado puede transferirse a un sustrato para convertirlo en una especie de oxígeno reactivo. [9] Hay tres ciclos distintos a los que puede someterse la EPO. El primero es el ciclo de halogenación:
- [Fe (III) ... Por] + H 2 O 2 → [Fe (IV) = O ... Por • + ] + H 2 O
donde Por denota el cofactor hemo, y • denota un radical químico . Este estado activado del hemo se llama I compuesto . En este estado, el oxígeno podría describirse como una especie de oxiferrilo . Se cree que el radical pi-catión de porfirina experimenta reactividad en los puentes de metino que conectan los cuatro anillos. Reducción de Compuesto I en presencia de haluros de X - procede como sigue:
- [Fe (IV) = O ... Por • + ] + X - → [Fe (III) ... Por] + HOX
Por tanto, el compuesto I se reduce de nuevo al estado de reposo de la enzima y los iones haluro unidos en la cavidad distal se oxidan a potentes agentes oxidantes.
Sin embargo, hay un segundo ciclo en el que el compuesto I puede proceder a través de dos pasos de reducción de un electrón para oxidar sustratos arbitrarios a sus formas radicales. Este proceso opera en la mayoría de sustratos sin haluros. El primer paso es idéntico seguido de:
- [Fe (IV) = O ... Por • + ] + RH → [Fe (IV) = O ... Por] + R • + H +
- [Fe (IV) = O ... Por] + RH → [Fe (IV) = O ... Por] + R • + H 2 O
Las implicaciones fisiológicas de este segundo mecanismo son importantes. Se ha demostrado que la peroxidasa de eosinófilos oxida los residuos de tirosina en las proteínas, lo que también se ha implicado en las cascadas de señalización de oxígeno reactivo. [12]
El tercer y menos relevante mecanismo es la actividad catalasa de las peroxidasas. Este mecanismo parece funcionar solo en ausencia de donantes de un electrón. [9]
- [Fe (IV) = O ... Por • + ] + H 2 O 2 → [Fe (III) ... Por] + O 2 + H 2 O
Sustratos
La peroxidasa de eosinófilos cataliza la reacción de la haloperoxidasa . La EPO puede tomar cloruro, bromuro y yoduro como sustratos, así como el pseudohaluro tiocianato (SCN - ). [13] [14] [15] Sin embargo, la enzima prefiere el bromuro al cloruro, el yoduro al bromuro y el tiocianato al yoduro, con respecto a las velocidades de reacción . De hecho, solo la mieloperoxidasa puede oxidar el cloruro a una velocidad considerable. La tasa de catálisis de yoduro es cinco órdenes de magnitud mayor que la tasa de catálisis de cloruro, a modo de comparación. [9] El mutante de MPO en el que se mutó Met243 unido a hemo de forma no conservadora mostró una falta de capacidad de cloración, lo que implica este residuo o su grupo funcional peculiar en la especificidad del sustrato. [9]
Inhibidores
El cianuro se une fuertemente a las peroxidasas hemo de mamíferos. La unión estrecha directamente al hierro hemo convierte la proteína en una especie de bajo espín . [9] La unión de cianuro requiere la forma desprotonada de un grupo con pK a de 4,0 a 4,3. Este parece ser el residuo de histidina distal. Se cree que la estructura del complejo ternario de MPO, cianuro y bromuro es un buen modelo para el complejo compuesto I-haluro debido a su geometría similar (véase 1D7W ). El ion nitrito también se une fuertemente, formando hemo de bajo giro. [9]
Mutantes
Uno de los primeros mutantes bien caracterizados de EPX fue una transición G → A que resultó en una mutación no conservadora a nivel de proteína. [dieciséis]
Citología
Los organismos multicelulares grandes se involucran en múltiples sistemas como esfuerzos defensivos contra bacterias infecciosas o parásitos invasores. Una estrategia, que pertenece al dominio de la inmunidad celular , depende de la acción de las enzimas que catalizan la reacción de la peroxidasa. La peroxidasa de eosinófilos se puede encontrar en los gránulos primarios (azurófilos) de los leucocitos humanos y de mamíferos. La localización de peroxidasa en leucocitos se ha estudiado a lo largo del siglo XX utilizando agentes colorantes como el clorhidrato de bencidina. [17] Antes de la introducción de la tinción inmunorreactiva específica, estos indicadores químicos de actividad enzimática eran comunes. Tras la llegada del microscopio electrónico , se investigó enérgicamente la ultraestructura de muchos tipos de células. Posteriormente, se encontró que la peroxidasa de eosinófilos estaba localizada en los gránulos primarios y secundarios del eosinófilo. [18]
Los eosinófilos forman parte del linaje mielocítico , una de las dos clases principales de tipos de células derivadas de la médula ósea (junto con los linfocitos ) que circulan en la sangre y la linfa y desempeñan funciones fundamentales en las respuestas inmunitarias . La peroxidasa de eosinófilos es secretada por las células de eosinófilos al tejido en el sitio de la infección. La activación de las células ante una infección conduce a la liberación del contenido de gránulos y a la externalización de proteínas y agentes químicos de la célula.
Habiéndose apartado de la mieloperoxidasa y lactoperoxidasa, estas tres enzimas ahora desempeñan funciones distintas pero no superpuestas; lactoperoxidasa ayuda a mantener la esterilidad de la leche de mamíferos; la mieloperoxidasa y la peroxidasa de eosinófilos habitan en los gránulos y desempeñan funciones en la defensa del huésped, un ejemplo de cómo el concepto de una única función química puede aprovecharse de innumerables formas en la naturaleza.
Deficiencia y enfermedad
La deficiencia específica de peroxidasa de eosinófilos sin deficiencia concomitante de mieloperoxidasa es rara. [19] En un entorno clínico, las deficiencias de enzimas leucocitarias se estudian convenientemente mediante citometría de flujo óptica . [19] Las deficiencias específicas de mieloperoxidasa se conocían desde la década de 1970. La deficiencia de mieloperoxidasa resultó en una ausencia de tinción de peroxidasa en los neutrófilos pero no en los eosinófilos. [20] Los primeros estudios sobre la deficiencia de mieloperoxidasa revelaron que las variantes de la enfermedad más comunes eran mutaciones sin sentido, incluida la del residuo de metionina ligado al hemo. [21] Esta deficiencia a menudo no se heredaba como un rasgo autosómico recesivo simple, sino más bien como una mutación heterocigótica compuesta. [22] Se cree que los pacientes que padecen deficiencia de mieloperoxidasa tienen una mayor incidencia de tumores malignos. Sin embargo, no tienen una tasa de infección significativamente mayor, debido a la redundancia en los mecanismos inmunitarios mediados por la peroxidasa. [23]
Ver también
- Eosinófilos
- Proteína básica mayor
- Vía secretora
- Peroxiredoxina
- Catalasa
- Especies de oxígeno reactivas
- Péptidos antimicrobianos
Notas
- ^ La sal sódica del ácido hipocloroso se usa comúnmente como lejía para piscinas.
Referencias
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enlaces externos
- Eosinófilos + peroxidasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- Peroxidasa de eosinófilos en InterPro
- Mieloperoxidasa humana en SCOP (clasificación estructural de proteínas)
- Fuente: Base de datos del Diccionario de Medicina Moderna JC Segen.