Β-glucuronidasa

Las β-glucuronidasas son miembros de la familia de enzimas glicosidasas que catalizan la degradación de carbohidratos complejos. La β-glucuronidasa humana es un tipo de glucuronidasa (un miembro de la familia de glicosidasas 2) que cataliza la hidrólisis de los residuos de ácido β-D-glucurónico del extremo no reductor de los mucopolisacáridos (también conocidos como glicosaminoglicanos). como el heparán sulfato. La β-glucuronidasa humana se encuentra en el lisosoma. En el intestino, la β-glucuronidasa del borde en cepillo convierte la bilirrubina conjugada a la forma no conjugada para su reabsorción. La β-glucuronidasa también está presente en la leche materna, lo que contribuye a la ictericia neonatal. La proteína está codificada por el gen GUSB en humanos y por el gen uidA en bacterias.

Estructura

La β-glucuronidasa humana se sintetiza como un monómero de 80 kDa (653 aminoácidos) antes de que la proteólisis elimine 18 aminoácidos del extremo C-terminal para formar un monómero de 78 kDa. La β-glucuronidasa existe como un homotetrámero de 332 kDa. La β-glucuronidasa contiene varias formaciones estructurales notables, incluido un tipo de barril β conocido como barril de gelatina y barril TIM.

Mecanismo de catálisis

La β-glucuronidasa humana es homóloga a la enzima β-galactosidasa de Escherichia coli. Esta relación homóloga, junto con el conocimiento de que las glicosidasas suelen realizar hidrólisis catalizada por dos residuos ácidos, permitió el desarrollo de una hipótesis mecanicista. Esta hipótesis propone que los dos residuos de ácido glutámico Glu540 y Glu451 son los residuos nucleofílicos y ácidos, respectivamente, y que el residuo de tirosina Tyr504 también participa en la catálisis. En apoyo de esta hipótesis, las mutaciones experimentales en cualquiera de estos tres residuos dan como resultado grandes disminuciones de la actividad enzimática. El aumento de la actividad de una enzima mutante E451A (donde Glu451 se reemplaza con un residuo de alanina) después de la adición de azida es consistente con Glu451 como residuo ácido/base. Utilizando el análisis de péptidos de β-glucuronidasa marcados después de la hidrólisis de un sustrato que entra en una etapa intermedia muy estable, los investigadores han determinado que Glu540 es el residuo nucleofílico.

Aunque el tipo particular de sustitución nucleofílica empleada por la β-glucuronidasa no está claro, la evidencia de los mecanismos de sus homólogos en la familia de las glicosidasas sugiere que estas reacciones son reacciones cualitativas SN2. Las reacciones transcurren a través de un estado de transición con características de ion oxocarbenio. Inicialmente, se sugirió que estos mecanismos, debido a esta característica del oxocarbenio del estado de transición, eran reacciones SN1 que procedían a través de un intermediario discreto de ion oxocarbenio. Sin embargo, evidencia más reciente sugiere que estos estados de iones de oxocarbenio tienen una vida útil de 10 femtosegundos - 0,1 nanosegundos (similar a la del período de vibración de un enlace). Estos tiempos de vida son demasiado cortos para asignarlos a una reacción intermedia. A partir de esta evidencia, parece que estas reacciones, si bien tienen una apariencia S_N1 debido a las características del ion oxocarbenio de sus estados de transición, deben ser reacciones cualitativamente S_N2.

La actividad específica de Tyr504 en el mecanismo catalítico no está clara. Mediante comparación con los datos estructurales de la enzima homóloga xilanasa, se ha sugerido que Tyr504 de la β-glucuronidasa podría estabilizar el nucleófilo saliente (Glu540) o modular su actividad.

Además de estos residuos, se ha sugerido que un residuo de asparagina conservado (Asn450) estabiliza el sustrato mediante la acción de un enlace de hidrógeno en el grupo 2-hidroxilo del sustrato de azúcar.

Síndrome de Sly

Las deficiencias en la β-glucuronidasa resultan en una enfermedad metabólica hereditaria autosómica recesiva conocida como síndrome de Sly o mucopolisacaridosis VII. Una deficiencia de esta enzima da como resultado la acumulación de mucopolisacáridos no hidrolizados en el paciente. Esta enfermedad puede ser extremadamente debilitante para el paciente o puede provocar hidropesía fetal antes del nacimiento. Además, en los pacientes supervivientes se observa retraso mental, baja estatura, rasgos faciales toscos, anomalías de la columna y agrandamiento del hígado y el bazo. Esta enfermedad se ha modelado en una cepa de ratones y en una familia de perros. Más recientemente, investigadores han descubierto una familia felina que presenta deficiencias en la actividad de la β-glucuronidasa. La fuente de esta reducción de actividad se ha identificado como una mutación E351K (Glu351 está mutado a un residuo de lisina). Glu351 se conserva en especies de mamíferos, lo que sugiere una función importante de este residuo. El examen de la estructura cristalina de rayos X humana sugiere que este residuo (Glu352 en la enzima humana), que está enterrado profundamente dentro del dominio del barril TIM, puede ser importante para la estabilización de la estructura terciaria de la enzima. En la estructura cristalina, parece que Arg216, un miembro del dominio gelatinoso de la proteína, forma un puente salino con Glu352; por lo tanto, es probable que Glu352 participe en la estabilización de la interacción entre dos dominios tridimensionales diferentes de la enzima.

Uso como gen informador

En biología molecular, la β-glucuronidasa se utiliza como gen indicador para controlar la expresión genética en células de mamíferos y plantas. El seguimiento de la actividad de la β-glucuronidasa mediante el uso de un ensayo GUS permite determinar la expresión espacial y temporal del gen en cuestión.

• Las imágenes gráficas moleculares fueron producidas utilizando el paquete Chimera del Resource for Biocomputing, Visualization, and Informatics de la Universidad de California, San Francisco.