Las enzimas isofuncionales no homólogas (NISE) son dos enzimas evolutivamente no relacionadas que catalizan la misma reacción química. Las enzimas que catalizan la misma reacción a veces se denominan análogas en lugar de homólogas ( homología (biología) , sin embargo, es más apropiado nombrarlas como enzimas isofuncionales no homólogas, de ahí el acrónimo (NISE). [1] Todas estas enzimas cumplen la misma función final pero lo hacen en diferentes organismos sin similitudes detectables en las estructuras primarias y posiblemente terciarias. [2]
Fondo
Las enzimas se clasifican según las recomendaciones del Comité de Nomenclatura de la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular y se les asigna un número de comisión de enzimas, comúnmente denominado número CE. [3] A cada actividad enzimática distinta se le asigna un nombre recomendado y un número CE. Para ser clasificado como una enzima distinta, "se requiere evidencia experimental directa de que la enzima propuesta realmente cataliza la reacción reivindicada" [4]
Historia
Warburg y Christian (1943) observaron ejemplos de enzimas no relacionadas con funciones similares ya en 1943, quienes descubrieron dos formas diferentes de fructosa 1,6-bisfosfato aldolasa, una presente en células de levadura y la otra en músculo de conejo. [5] En 1998, un artículo de Mariana Omelchenko et al, titulado Enzimas análogas: Invenciones independientes en la evolución enzimática [5] identificó 105 números de CE que contienen dos o más proteínas sin similitud de secuencia detectable entre sí. De estos 105 números de EC, se localizaron 34 nodos de EC con pliegues estructurales distintos, lo que ayudó a mostrar orígenes evolutivos independientes. [1] En 2010 otro artículo de Mariana Omelchenko et al, tituladoEnzimas isofuncionales no homólogas: un análisis sistemático de soluciones alternativas en la evolución enzimática [1] enumeró el descubrimiento de 185 nodos de CE distintos con solo 74 de la lista original de 1998, resumiendo su búsqueda de doce años y concluyendo que los NISE existen hasta un 10% de reacciones bioquímicas.
Orígenes
Un posible mecanismo para la formación y evolución de estas enzimas es el reclutamiento de enzimas existentes [6] que adquieren nuevas funciones mediante una modificación en la especificidad del sustrato (específicamente en o cerca del sitio activo [7] ) o modificación del mecanismo catalítico existente. [5]
Importancia
El descubrimiento de NISE puede revelar nuevos mecanismos para la catálisis enzimática e información específica sobre las vías bioquímicas que pueden ser particularmente importantes para el desarrollo de fármacos. [3]
Ejemplos de
Un ejemplo popular de NISE es la familia de enzimas superóxido dismutasa que contiene tres formas distintas (EC 1.15.1.1) [8]
- Fe, Mn superóxido dismutasa
- Cu, Zn superóxido dismutasa
- Superóxido dismutasa de níquel
La superóxido dismutasa de CuZn (SOD1) fue la primera en ser descubierta y es un homodímero que contiene cobre y zinc, que se encuentra a menudo en los espacios citoplasmáticos intracelulares. [8] FeMn (SOD
2) es un tetrámero producido por un péptido líder que se dirige a la enzima que contiene manganeso solo en los espacios mitocondriales. [8] El superóxido de níquel (SOD3) es el más recientemente caracterizado y existe solo en los espacios extracelulares. [8]
Otro ejemplo popular de NISE es la familia de enzimas celulasa , [9] particularmente Celulosa 1,4-beta-celobiosidasa que también consta de tres formas distintas que poseen actividad endonucleasa. (EC3.2.1.91).
- GH-48
- GH-7
- GH-6
Existen dos clases, una clase ataca el extremo reductor de la celulosa y la otra ataca el extremo no reductor. Las enzimas de la familia GH-6 atacan el extremo no reductor de la celulosa mientras que las enzimas de la familia GH-7 atacan el extremo reductor. Las enzimas de la familia GH-48 son enzimas de la familia bacteriana únicamente y atacan el extremo reductor de la celulosa.
Mecanismos de descubrimiento
Los métodos típicos de secuenciación del genoma, como BLAST y el modelo Hidden Markov, se utilizan para encontrar discrepancias y similitudes en los genomas. [3]
Referencias
- ↑ a b c Omelchenko, Marina V .; Galperin, Michael Y .; Wolf, Yuri I .; Koonin, Eugene V. (2010). "Enzimas isofuncionales no homólogas: un análisis sistemático de soluciones alternativas en la evolución de la enzima" . Biology Direct . 5 : 31. doi : 10.1186 / 1745-6150-5-31 . PMC 2876114 . PMID 20433725 .
- ^ Gomes, Monete Rajão; Guimarães, Ana Carolina Ramos; De Miranda, Antonio Basílio (2011). "Enzimas isofuncionales específicas y no homólogas de las vías de procesamiento de información genética como posibles dianas terapéuticas para Tritryps" . Investigación de enzimas . 2011 : 1–8. doi : 10.4061 / 2011/543912 . PMC 3145330 . PMID 21808726 .
- ↑ a b c Otto, Thomas D .; Guimaraes, Ana Carolina R .; Degrave, Wim M .; De Miranda, Antonio B. (2008). "AnEnPi: identificación y anotación de enzimas análogas" . BMC Bioinformática . 9 : 544. doi : 10.1186 / 1471-2105-9-544 . PMC 2628392 . PMID 19091081 .
- ^ "Nomenclatura de enzimas" . www.sbcs.qmul.ac.uk . Consultado el 1 de diciembre de 2017 .
- ↑ a b c Galperin, Michael Y .; Walker, D. Roland; Koonin, Eugene V. (1998). "Enzimas análogas: invenciones independientes en la evolución de las enzimas" . Investigación del genoma . 8 (8): 779–790. doi : 10.1101 / gr.8.8.779 . PMID 9724324 .
- ^ Foster, Jeremy M .; Davis, Paul J .; Raverdy, Sylvine; Sibley, Marion H .; Raleigh, Elisabeth A .; Kumar, Sanjay; Carlow, Clotilde KS (2010). "Evolución de mutaasas de fosfoglicerato bacteriano: enzimas isofuncionales no homólogas que sufren pérdidas de genes, ganancias y transferencias laterales" . PLOS One . 5 (10): e13576. Código bibliográfico : 2010PLoSO ... 513576F . doi : 10.1371 / journal.pone.0013576 . PMC 2964296 . PMID 21187861 .
- ^ Galperin, Michael Y .; Koonin, Eugene V. (2012). "Divergencia y convergencia en la evolución de las enzimas" . Revista de Química Biológica . 287 (1): 21-28. doi : 10.1074 / jbc.R111.241976 . PMC 3249071 . PMID 22069324 .
- ^ a b c d Zelko, Igor N .; Mariani, Thomas J .; Folz, Rodney J. (2002). "Familia multigénica de superóxido dismutasa: una comparación de las estructuras, evolución y expresión de los genes CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) y EC-SOD (SOD3)". Biología y Medicina de Radicales Libres . 33 (3): 337–349. doi : 10.1016 / S0891-5849 (02) 00905-X . PMID 12126755 .
- ↑ Sukharnikov, Leonid O .; Cantwell, Brian J .; Podar, Mircea; Zhulin, Igor B. (2011). "Celulasas: enzimas no homólogas ambiguas en una perspectiva genómica" . Tendencias en biotecnología . 29 (10): 473–479. doi : 10.1016 / j.tibtech.2011.04.008 . PMC 4313881 . PMID 21683463 .
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