La poligalacturonasa ( EC 3.2.1.15 ), también conocida como pectina despolimerasa , PG , pectolasa , pectina hidrolasa y poli-alfa-1,4-galacturonida glucanohidrolasa , es una enzima que hidroliza los enlaces alfa-1,4 glicosídicos entre los residuos del ácido galacturónico. . El poligalacturonano, cuyo componente principal es el ácido galacturónico, [2] es un importante componente de carbohidratos de la red de pectinas que comprende las paredes celulares de las plantas . [3]Por lo tanto, la actividad de los PG de plantas endógenas trabaja para ablandar y endulzar la fruta durante el proceso de maduración. De manera similar, los fitopatógenos usan PG como un medio para debilitar la red de pectinas, de modo que las enzimas digestivas puedan excretarse en la planta huésped para adquirir nutrientes.
Poligalacturonasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.2.1.15 | |||||||
No CAS. | 9032-75-1 | |||||||
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
Las múltiples láminas beta paralelas de esta enzima forman una forma helicoidal que se llama hélice beta . Esta estructura altamente estable, gracias a numerosos enlaces de hidrógeno y enlaces disulfuro entre hebras, es una característica común de las enzimas implicadas en la degradación de la pectina. [4] El interior de la hélice beta es hidrófobo . [1]
La cristalografía de rayos X se ha utilizado para determinar la estructura tridimensional de varios PG en diferentes organismos. Se han cristalizado PG fúngicos de Colletotrichum lupini , [6] Aspergillus aculeatus , [1] y Aspergillus niger (PG1 [7] y PG2 [8] ). También se han cristalizado los PG de bacterias como Erwinia carotovora [9] y Bacillus subtilis [4] .
El sitio activo de Fusarium moniliforme PG comprende seis residuos de aminoácidos cargados : H188, R267 y K269 están involucrados en la unión del sustrato , D212 (un ácido general) es responsable de la donación de protones al oxígeno glicosídico y D213 y D191 activan el H 2 O para un ataque nucleofílico . [5]
Mecanismo
La poligalacturonasa es una pectinasa : una enzima que degrada la pectina. Las PG hidrolizan los enlaces O-glicosilo en la red de poligalacturonanos de la pectina, lo que da como resultado residuos alfa-1,4-poligalacturónicos. [10] La tasa de hidrólisis depende de la longitud de la cadena del polisacárido . Las bajas tasas de hidrólisis se asocian con cadenas muy cortas (por ejemplo, ácido digalacturónico) y cadenas muy largas. [11]
Exo- vs Endopoligalacturonasas
Los Exo y Endo-PG utilizan diferentes modos de acción hidrolíticos. Los endo-PG se hidrolizan de forma aleatoria a lo largo de la red de poligalacturonanos. Este método da como resultado oligogalacturónidos. [12] Las exo-PG se hidrolizan en el extremo no reductor del polímero, lo que genera un ácido galacturónico monosacárido . Ocasionalmente, los organismos emplean ambos métodos. Además de los diferentes modos de acción, el polimorfismo de PG permite que los PG fúngicos degraden de manera más efectiva una gama más amplia de tejidos vegetales. La variedad de PG en el pH óptimo , la especificidad del sustrato y otros factores probablemente sean útiles para los organismos fitopatógenos como los hongos . [4]
Relevancia agrícola
Debido a la aplicabilidad de la actividad de esta enzima en la productividad agrícola y el éxito comercial, gran parte de la investigación sobre los PG se ha centrado en el papel de los PG en el proceso de maduración de la fruta, el polen y la abscisión .
La pectina es uno de los tres polisacáridos presentes en la pared celular de la planta y desempeña un papel en el mantenimiento de la barrera entre el ambiente interior y exterior y da fuerza a las paredes celulares de la planta. [13] Específicamente, la pectina en la laminilla media mantiene unidas las células vecinas. [14]
La maduración del fruto
El primer alimento transgénico disponible en las tiendas fue un tomate modificado genéticamente (también conocido como Flavr Savr ) que tenía una vida útil más larga y era ideal para su envío. Su maduración retrasada se logró evitando que la poligalacturonasa destruyera la pectina, que hace que los tomates sean firmes. Se introdujo un gen PG antisentido , que evita que la poligalacturonasa madure y ablande el tomate. [15] Aunque se ha demostrado que este método reduce la actividad enzimática de PG en un 70 a 90%, el ARN antisentido de PG no obstaculizó el desarrollo normal del color. [dieciséis]
La despolimerización de la pectina está involucrada en gran medida en las últimas etapas de la maduración de la fruta, especialmente cuando la fruta se vuelve demasiado madura. [17] Si bien los tomates son el principal ejemplo de alta actividad de PG, esta enzima también es muy activa en la maduración del aguacate y el durazno. Las enzimas PG del melocotón, dos exo-PG y una endo-PG, se activan cuando la fruta ya está blanda. [18] Las frutas como los caquis pueden carecer de enzimas PG o tener niveles muy bajos de PG y, por lo tanto, aún no se han detectado. En estos casos, otras enzimas pueden catalizar el proceso de maduración.
Polen
Las Exo-PG juegan un papel en permitir el alargamiento del tubo polínico ya que el reordenamiento de la pectina es necesario para el crecimiento de los tubos polínicos . Esta actividad de PG se ha encontrado en gramíneas como el maíz , así como en árboles, particularmente en el álamo oriental . [19] Las exo-PG implicadas en el crecimiento del tubo polínico necesitan Ca 2+ para una actividad enzimática máxima y pueden ser inhibidas por altas concentraciones de NaCl , citrato y EDTA . [11]
Zonas de abscisión
No está claro en gran medida si los PG juegan un papel en la facilitación de la abscisión en ciertas plantas, y si lo hacen, si actúan exo o endo. Se han publicado investigaciones contradictorias sobre, por ejemplo, si PG está involucrado en la abscisión de cítricos. Un problema particular ha sido el uso de ensayos que no sirven para medir la actividad exo-PG. [20] Una complicación adicional es la diferencia en la actividad enzimática de PG entre las zonas de separación de células de la fruta y la hoja. En melocotón, la actividad PG solo se detectó en las zonas de abscisión de frutos. [21]
Otro
Las plagas agrícolas como Lygus hesperus dañan el algodón y otros cultivos porque secretan PG en su saliva que digieren el tejido vegetal. Emplean tanto exo- y endo-PG. [22]
Inhibición
Los hongos fitopatógenos exponen las paredes celulares de las plantas a enzimas degradantes de la pared celular (CWDE) como las PG. [4] En respuesta, la mayoría de las plantas tienen proteínas inhibidoras naturales que ralentizan la actividad hidrolítica de PG. Estos inhibidores también provocan la acumulación de oligogalacturónidos de cadena larga para estimular un mecanismo de defensa contra el ataque. [4] Las proteínas inhibidoras de la poligalacturonasa (PGIP) son proteínas repetidas ricas en leucina que, según se ha informado, demuestran una inhibición de las PG tanto no competitiva [24] como competitiva [5] . El sitio activo de PG interactúa con una bolsa que contiene múltiples aminoácidos polares en Phaseolus vulgaris PGIP2. El inhibidor evita la unión del sustrato al ocupar el sitio activo, lo que da como resultado una inhibición competitiva . [23]
Se han determinado las estructuras cristalinas de PGIP y PGIP2 para el frijol P. vulgaris . Los residuos cargados y polares que interactúan con el sitio activo de PG se han identificado en P. vulgaris como D131, S133, T155, D157, T180 y D203. [23] Utilizando PGIP2 como plantilla, se han determinado las estructuras teóricas de otros PGIP para algunos otros cultivos comunes.
Referencias
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enlaces externos
- Base de datos estructural PG y PGIP
- Base de datos de pectinasas