Glucosiltransferasa - Glycosyltransferase
Las glicosiltransferasas ( GTF , Gtfs ) son enzimas ( EC 2.4 ) que establecen enlaces glicosídicos naturales. Ellos catalizan la transferencia de sacárido restos de un activado azúcar de nucleótido (también conocido como el " donante de glicosilo ") a un nucleófilo glicosilo aceptor molécula, el nucleófilo de los cuales puede ser oxígeno - carbono -, nitrógeno -, o azufre basados.
El resultado de la transferencia de glicosilo puede ser un carbohidrato , un glicósido , un oligosacárido o un polisacárido . Algunas glicosiltransferasas catalizan la transferencia a fosfato inorgánico o agua . La transferencia de glicosilo también puede ocurrir a residuos de proteínas , generalmente a tirosina , serina o treonina para dar glicoproteínas unidas a O , o a asparagina para dar glicoproteínas unidas a N. Los grupos manosilo se pueden transferir al triptófano para generar triptófano C-manosilo , que es relativamente abundante en eucariotas. Las transferasas también pueden usar lípidos como aceptor, formando glicolípidos , e incluso usar donantes de fosfato de azúcar ligados a lípidos, como dolicol fosfatos en organismos eucariotas o undecaprenil fosfato en bacterias.
Las glicosiltransferasas que utilizan donantes de nucleótidos de azúcar son las enzimas Leloir , en honor a Luis F. Leloir , el científico que descubrió el primer nucleótido de azúcar y que recibió el Premio Nobel de Química en 1970 por su trabajo sobre el metabolismo de los carbohidratos. Las glicosiltransferasas que utilizan donantes no nucleotídicos como el dolicol o el pirofosfato de poliprenol son glicosiltransferasas que no pertenecen a Leloir .
Los mamíferos usan solo 9 donantes de nucleótidos de azúcar para las glicosiltransferasas: UDP-glucosa , UDP-galactosa , UDP-GlcNAc , UDP-GalNAc , UDP-xilosa , UDP-ácido glucurónico , GDP-manosa , GDP-fucosa y CMP-ácido siálico . Los fosfatos de estas moléculas donantes suelen estar coordinados por cationes divalentes como el manganeso; sin embargo, existen enzimas independientes de los metales.
Muchas glicosiltransferasas son proteínas transmembrana de un solo paso y, por lo general, están ancladas a las membranas del aparato de Golgi.
Mecanismo
Las glicosiltransferasas se pueden segregar en enzimas de "retención" o "inversión" según si la estereoquímica del enlace anomérico del donante se retiene (α → α) o se invierte (α → β) durante la transferencia. El mecanismo de inversión es sencillo y requiere un solo ataque nucleofílico del átomo receptor para invertir la estereoquímica.
El mecanismo de retención ha sido un tema de debate, pero existe una fuerte evidencia en contra de un mecanismo de doble desplazamiento (que causaría dos inversiones sobre el carbono anomérico para una retención neta de la estereoquímica) o un mecanismo disociativo (una variante prevalente del cual se conocía como SNi). Se ha propuesto un mecanismo "asociativo ortogonal" que, similar a las enzimas inversoras, requiere solo un único ataque nucleofílico de un aceptor desde un ángulo no lineal (como se observa en muchas estructuras cristalinas) para lograr la retención de anómeros.
Reversibilidad de la reacción
El reciente descubrimiento de la reversibilidad de muchas reacciones catalizadas por la inversión de glicosiltransferasas sirvió como un cambio de paradigma en el campo y plantea preguntas con respecto a la designación de nucleótidos de azúcar como donantes "activados".
Clasificación por secuencia
Los métodos de clasificación basados en secuencias han demostrado ser una forma poderosa de generar hipótesis para la función de las proteínas basadas en la alineación de secuencias con proteínas relacionadas. La base de datos de enzimas activas en carbohidratos presenta una clasificación basada en secuencias de glicosiltransferasas en más de 90 familias. Se espera que ocurra el mismo pliegue tridimensional dentro de cada una de las familias.
Estructura
En contraste con la diversidad de estructuras 3D observadas para las glucósido hidrolasas , las glucosiltransferasas tienen un rango de estructuras mucho más pequeño. De hecho, de acuerdo con la base de datos de clasificación estructural de proteínas , solo se han observado tres pliegues diferentes para las glicosiltransferasas. Muy recientemente, se identificó un nuevo pliegue de glicosiltransferasa para las glicosiltransferasas involucradas en la biosíntesis de la cadena principal polimérica NAG-NAM del peptidoglicano .
Inhibidores
Se conocen muchos inhibidores de glicosiltransferasas. Algunos de estos son productos naturales, como la moenomicina , un inhibidor de las glucosiltransferasas de peptidoglicano, las nikkomicinas , inhibidores de la quitina sintasa y las equinocandinas , inhibidores de las β-1,3-glucano sintasas fúngicas . Algunos inhibidores de la glicosiltransferasa se utilizan como fármacos o antibióticos. La moenomicina se utiliza en la alimentación animal como promotor del crecimiento. La caspofungina se ha desarrollado a partir de las equinocandinas y se utiliza como agente antifúngico. El etambutol es un inhibidor de las arabinotransferasas micobacterianas y se utiliza para el tratamiento de la tuberculosis. El lufenurón es un inhibidor de la síntesis de quitina de insectos y se usa para controlar pulgas en animales. Los inhibidores sintéticos de las glicosiltransferasas a base de imidazolio se han diseñado para su uso como agentes antimicrobianos y antisépticos.
Determinante del tipo de sangre
| Familia de glicosiltransferasa 6 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | GT6 | ||||||||
| Pfam | PF03414 | ||||||||
| InterPro | IPR005076 | ||||||||
| Superfamilia OPM | 199 | ||||||||
| Proteína OPM | 2rj6 | ||||||||
| Membranome | 468 | ||||||||
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El sistema de grupos sanguíneos ABO está determinado por el tipo de glicosiltransferasas que se expresan en el cuerpo.
El locus del gen ABO que expresa las glicosiltransferasas tiene tres formas alélicas principales: A, B y O. El alelo A codifica 1-3-N-acetilgalactosaminiltransferasa que une la α -N-acetilgalactosamina al extremo D-galactosa del antígeno H, produciendo la A antígeno. El alelo B codifica 1-3-galactosiltransferasa que se une a la α-D-galactosa unida al extremo D-galactosa del antígeno H, creando el antígeno B. En el caso del alelo O, el exón 6 contiene una deleción que da como resultado una pérdida de actividad enzimática. El alelo O difiere ligeramente del alelo A por la deleción de un solo nucleótido, la guanina en la posición 261. La deleción provoca un desplazamiento del marco de lectura y da como resultado la traducción de una proteína casi completamente diferente que carece de actividad enzimática. Esto da como resultado que el antígeno H permanezca sin cambios en el caso de los grupos O.
La combinación de glicosiltransferasas por ambos alelos presentes en cada persona determina si existe un grupo sanguíneo AB, A, B u O.
Usos
Las glicosiltransferasas se han utilizado ampliamente tanto en la síntesis dirigida de glucoconjugados específicos como en la síntesis de bibliotecas de fármacos, sondas biológicas o productos naturales glicosilados diferencialmente en el contexto del descubrimiento y desarrollo de fármacos (un proceso conocido como glucoaleatorización ). Las enzimas adecuadas se pueden aislar de fuentes naturales o producir de forma recombinante. Como alternativa, se han desarrollado sistemas basados en células completas que utilizan donantes de glicosilo endógenos o sistemas basados en células que contienen sistemas clonados y expresados para la síntesis de donantes de glicosilo. En los enfoques sin células, la aplicación a gran escala de glicosiltransferasas para la síntesis de glicoconjugados ha requerido el acceso a grandes cantidades de donantes de glicosilo. Por otro lado, se han desarrollado sistemas de reciclaje de nucleótidos que permiten la resíntesis de donantes de glicosilo a partir del nucleótido liberado. El enfoque de reciclaje de nucleótidos tiene el beneficio adicional de reducir la cantidad de nucleótido formado como subproducto, reduciendo así la cantidad de inhibición causada a la glicosiltransferasa de interés, una característica comúnmente observada del subproducto de nucleótidos.
Ver también
- Química de carbohidratos
- Glicosilación química
- Glucuronosiltransferasa
- Glucógeno sintasa
- Aceptor de glicosilo
- Donante de glicosilo
- Glicosilación
- Oligosacaryltransferasa
