Polifenol oxidasa - Polyphenol oxidase
| Catecol oxidasa | |||||||||
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| Identificadores | |||||||||
| CE no. | 1.10.3.2 | ||||||||
| Alt. nombres | Polifenol oxidasa | ||||||||
| 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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La polifenol oxidasa ( PPO ; también polifenol oxidasa i, cloroplástica ), una enzima involucrada en el pardeamiento de la fruta , es un tetrámero que contiene cuatro átomos de cobre por molécula.
PPO puede aceptar monofenoles y / o o- difenoles como sustratos. La enzima actúa catalizando la o - hidroxilación de moléculas de monofenol en las que el anillo de benceno contiene un solo sustituyente hidroxilo en o- difenoles ( moléculas de fenol que contienen dos sustituyentes hidroxilo en las posiciones 1, 2, sin carbono entre ellas). También puede catalizar aún más la oxidación de o- difenoles para producir o -quinonas . La PPO cataliza la rápida polimerización de las o- quinonas para producir pigmentos negros, marrones o rojos ( polifenoles ) que provocan el pardeamiento de la fruta .
El aminoácido tirosina contiene un solo anillo fenólico que puede oxidarse por la acción de los PPO para formar o -quinona. Por tanto, las PPO también pueden denominarse tirosinasas .
Los alimentos comunes que producen la enzima incluyen hongos ( Agaricus bisporus ), manzanas ( Malus domestica ), aguacates ( Persea americana ) y lechuga ( Lactuca sativa ).
Estructura y función
La PPO aparece como una morfeína , una proteína que puede formar dos o más homooligómeros diferentes (formas de morfeína), pero debe separarse y cambiar de forma para convertirse entre formas. Existe como monómero , trímero, tetrámero , octamero o dodecámero , creando múltiples funciones .
En las plantas, la PPO es una enzima plastídica con síntesis y función poco claras. En los cloroplastos funcionales, puede estar involucrado en la química del oxígeno como mediación de la fotofosforilación pseudocíclica .
La nomenclatura de las enzimas diferencia entre las enzimas monofenol oxidasa ( tirosinasas ) y las enzimas o- difenol: oxidorreductasa de oxígeno ( catecol oxidasas ). La preferencia de sustrato de las tirosinasas y las catecol oxidasas está controlada por los aminoácidos alrededor de los dos iones de cobre en el sitio activo .
Distribución y aplicaciones
Una mezcla de enzimas monofenol oxidasa y catecol oxidasa está presente en casi todos los tejidos vegetales y también se puede encontrar en bacterias, animales y hongos. En los insectos, las polifenol oxidasas cuticulares están presentes y sus productos son responsables de la tolerancia a la desecación .
El producto de reacción de la uva (ácido 2-S glutatiónil caftárico) es un compuesto de oxidación producido por la acción del PPO sobre el ácido caftárico y que se encuentra en el vino. Esta producción de compuestos es responsable del menor grado de pardeamiento en ciertos vinos blancos.
Las plantas utilizan la polifenol oxidasa como parte de un conjunto de defensas químicas contra los parásitos .
Inhibidores
La tirosina es un compuesto clave de la reacción de pigmentación / pardeamiento a través de la acción de la polifenol oxidasa. La discriminación de esta reacción de pigmentación es responsable de varios tipos de enfermedades y trastornos. Hay dos tipos de inhibidores de la PPO, los que compiten con el oxígeno en el sitio de cobre de la enzima y los que compiten con los fenólicos. La tentoxina también se ha utilizado en investigaciones recientes para eliminar la actividad PPO de las plántulas de plantas superiores. Tropolona es una uva polifenol oxidasa inhibidor . Otro inhibidor de esta enzima es el pirosulfito de potasio (K 2 S 2 O 5 ). La PPO de raíz de plátano es fuertemente inhibida por el ditiotreitol y el metabisulfito de sodio . Las fracciones proteínicas endógenas actúan como inhibidor / regulador endógeno de las hojas de cebolla. PPO (monofenol monooxigenasa y o-difenol oxidasa) El ditionito de potasio (o hidrosulfito de potasio) también es un inhibidor de la PPO.
Ensayos
Se desarrollaron varios ensayos para controlar la actividad de las polifenol oxidasas y evaluar la potencia de inhibición de los inhibidores de la polifenol oxidasa. En particular, los ensayos basados en espectrofotometría ultravioleta / visible (UV / Vis) se aplican ampliamente. El ensayo de espectrofotometría UV / Vis más común implica el seguimiento de la formación de o -quinonas , que son el producto de reacciones catalizadas por polifenol oxidasa, o el consumo del sustrato. También se utilizó un método espectrofotométrico alternativo que implica el acoplamiento de o -quinonas con reactivos nucleofílicos como el clorhidrato de 3-metil-2-benzotiazolinonahidrazona (MBTH). También se informaron y utilizaron otras técnicas, como ensayos de tinción de actividad con el uso de electroforesis en gel de poliacrilamida , ensayos radiactivos basados en tritio , ensayo de consumo de oxígeno y ensayo basado en resonancia magnética nuclear (RMN).
Pardeamiento enzimático
La polifenol oxidasa es una enzima que se encuentra en los reinos vegetal y animal, incluida la mayoría de las frutas y verduras. La PPO tiene importancia para la industria alimentaria porque cataliza el pardeamiento enzimático cuando el tejido se daña por magulladuras, compresión o hendiduras, lo que hace que el producto sea menos comercializable y provoca pérdidas económicas. El pardeamiento enzimático debido a la PPO también puede conducir a la pérdida de contenido nutricional en frutas y verduras, reduciendo aún más su valor.
Debido a que los sustratos de estas reacciones de PPO se encuentran en las vacuolas de las células vegetales dañadas principalmente por una cosecha inadecuada , el PPO inicia la cadena de reacciones de pardeamiento. La exposición al oxígeno cuando se corta en rodajas o se hace puré también conduce a un pardeamiento enzimático por PPO en frutas y verduras. Los ejemplos en los que puede ser deseable la reacción de pardeamiento catalizada por PPO incluyen aguacates, ciruelas pasas, uvas sultana, té negro y granos de café verde.
En mango
En los mangos, el pardeamiento enzimático catalizado por PPO es causado principalmente por la quemadura de la savia que conduce al pardeamiento de la piel. La PPO de tipo catecol oxidasa se encuentra en los cloroplastos de las células de la piel del mango y sus sustratos fenólicos en las vacuolas. Por lo tanto, la quemadura por savia es el evento iniciador de la PPO en la piel del mango, ya que descompone los compartimentos celulares. La PPO se encuentra en la piel, la savia y la pulpa del mango, con los niveles más altos de actividad en la piel.
En aguacate
La PPO en los aguacates provoca un rápido oscurecimiento al exponerse al oxígeno, un proceso de varios pasos que implica reacciones de oxidación tanto de monofenoles como de polifenoles, lo que da como resultado productos de o-quinona que posteriormente se convierten irreversiblemente en pigmentos poliméricos marrones ( melaninas ).
En manzana
Presente en los cloroplastos y mitocondrias de todas las partes de una manzana, la PPO es la principal enzima responsable del pardeamiento enzimático de las manzanas. Debido al aumento en la demanda de los consumidores de frutas y verduras preparadas previamente, una solución para el pardeamiento enzimático ha sido un área de investigación y desarrollo de nuevos productos. Por ejemplo, las manzanas precortadas son un producto atractivo para el consumidor, pero las manzanas cortadas en rebanadas inducen la actividad de la PPO, lo que hace que las superficies cortadas se doren y disminuyan su calidad estética. El dorado también ocurre en los jugos y purés de manzana cuando se manipulan o procesan mal.
Las manzanas árticas , un ejemplo de fruta modificada genéticamente diseñada para reducir la actividad de PPO, son un conjunto de manzanas de marca registrada que contienen un rasgo que no se oscurece derivado del silenciamiento de genes para suprimir la expresión de PPO, inhibiendo así el oscurecimiento de la fruta.
En albaricoque
El albaricoque como fruta climatérica experimenta una rápida maduración poscosecha . La forma PPO latente puede activarse espontáneamente durante las primeras semanas de almacenamiento, generando la enzima activa con un peso molecular de 38 kDa. Las combinaciones de ácido ascórbico / proteasa constituyen un método práctico y prometedor contra el pardeamiento, ya que los purés de albaricoque tratados conservan su color.
En papa
Encontrado en altas concentraciones en la cáscara del tubérculo de papa y 1–2 mm del tejido de la corteza exterior , el PPO se usa en la papa como defensa contra la depredación de insectos, lo que lleva a un pardeamiento enzimático por daño tisular. El daño en el tejido de la piel del tubérculo de papa provoca una interrupción de la compartimentación celular, lo que resulta en un pardeamiento. Los pigmentos marrones o negros se producen a partir de la reacción de productos quinónicos de PPO con grupos de aminoácidos en el tubérculo. En las patatas, los genes de PPO no solo se expresan en los tubérculos de patata, sino también en las hojas, los pecíolos , las flores y las raíces.
En nuez
En el nogal ( Juglans regia ), se han identificado dos genes diferentes ( jr PPO1 y jr PPO2) que codifican polifenol oxidasas. Las dos isoenzimas prefieren sustratos diferentes , ya que la jr PPO1 muestra una mayor actividad frente a los monofenoles , mientras que la jr PPO2 es más activa frente a los difenoles .
En álamo negro
Una catecol oxidasa monomérica de Populus nigra convierte el ácido cafeico en quinona y melanina en las células lesionadas .
Enzimas relacionadas
La profenoloxidasa es una forma modificada de la respuesta del complemento que se encuentra en algunos invertebrados, incluidos insectos , cangrejos y gusanos .
La hemocianina es homóloga a las fenol oxidasas (por ejemplo, tirosinasa ) ya que ambas enzimas comparten el tipo de coordinación del sitio activo de cobre. La hemocianina también exhibe actividad PPO, pero con una cinética más lenta debido a un mayor volumen estérico en el sitio activo. La desnaturalización parcial en realidad mejora la actividad PPO de la hemocianina al proporcionar un mayor acceso al sitio activo.
La aureusidina sintasa es homóloga a la polifenol oxidasa vegetal, pero contiene ciertas modificaciones importantes.
La aurona sintasa cataliza la formación de auronas. La aurona sintasa purificada de Coreopsis grandiflora muestra una débil actividad de tirosinasa contra la isoliquiritigenina , pero la enzima no reacciona con los sustratos de tirosinasa clásicos L- tirosina y tiramina y, por lo tanto, debe clasificarse como catecol oxidasa .
