Enteropeptidasa
Enteropeptidasa (también llamada enteroquinasa) es una enzima producida por las células del duodeno y participa en la digestión en humanos y otros animales. La enteropeptidasa convierte el tripsinógeno (un zimógeno) en su forma activa tripsina, lo que provoca la posterior activación de las enzimas digestivas pancreáticas. La ausencia de enteropeptidasa produce deterioro de la digestión intestinal.
La enteropeptidasa es una serina proteasa (EC 3.4.21.9) que consta de una cadena pesada unida por disulfuro de 82-140 kDa que ancla la enteroquinasa en la membrana del borde en cepillo intestinal y una cadena ligera de 35-62 kDa que contiene la subunidad catalítica. La enteropeptidasa es parte del clan de quimotripsina de las serina proteasas y es estructuralmente similar a estas proteínas.
Importancia histórica
La enteropeptidasa fue descubierta por Ivan Pavlov, quien recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1904 por sus estudios de fisiología gastrointestinal. Es la primera enzima conocida que activa otras enzimas y sigue siendo un ejemplo notable de cómo se han elaborado las serina proteasas para regular las vías metabólicas. Se conocía la función inerte de las enzimas digestivas dentro del páncreas, en comparación con su potente actividad dentro del intestino, pero se desconocía la base de esta diferencia. En 1899, el alumno de Pavlov, N. P. Schepowalnikov, demostró que las secreciones duodenales caninas estimulaban espectacularmente la actividad digestiva de las enzimas pancreáticas, especialmente el tripsinógeno. El principio activo fue reconocido como una enzima especial en el intestino que podía activar otras enzimas. Pavlov la llamó enterocinasa. El debate sobre si la enteroquinasa era un cofactor o una enzima fue resuelto por Kunitz, quien demostró que la activación del tripsinógeno por la enteroquinasa era catalítica. En la década de 1950, se demostró que el tripsinógeno bovino se activaba autocatalíticamente mediante la escisión de un hexapéptido N-terminal. El nombre más preciso de la IUBMB, enteropeptidasa, existe desde 1970. Sin embargo, el nombre original "enteroquinasa" tiene una larga historia y sigue siendo de uso común.
Estructura de la enzima
La enteropeptidasa es una serina proteasa transmembrana de tipo II (TTSP) localizada en el borde en cepillo de la mucosa duodenal y yeyunal y sintetizada como un zimógeno, la proenteropeptidasa, que requiere activación por la duodenasa o la tripsina. Los TTSP se sintetizan como zimógenos de cadena sencilla con secuencias de propéptidos N-terminales de diferentes longitudes. Estas enzimas se activan mediante escisión en el lado carboxilo de los residuos de lisina o arginina presentes en un motivo de activación altamente conservado. Una vez activados, se predice que los TTSP permanecerán unidos a la membrana a través de un enlace disulfuro conservado que une los dominios pro y catalítico.
En el caso de la enteropeptidasa bovina, el producto de traducción primario comprende 1035 residuos con una masa esperada de 114,9 kDa. La masa aparente detectada de aproximadamente 160 kDa es consistente con el contenido de carbohidratos especificado del 30 al 40%, con cantidades iguales de azúcares neutros y aminoazúcares. El sitio de escisión de activación después de Lys800 divide las cadenas pesada y ligera de la enteropeptidasa bovina madura. Hay 17 sitios potenciales de glicosilación ligada a N en la cadena pesada y tres en la cadena ligera; la mayoría de estos se conservan en otras especies. La cadena pesada tiene una sección hidrófoba cerca del extremo N que soporta el ancla transmembrana. La cadena pesada influye en la especificidad de la enteropeptidasa. La enteropeptidasa nativa es resistente al inhibidor de la tripsina de soja. Sin embargo, la cadena ligera aislada es sutil ya sea que se prepare mediante reducción limitada de la proteína natural o mediante mutagénesis y expresión en células COS. La enteropeptidasa nativa y la cadena ligera aislada tienen actividad similar hacia Gly-(Asp)4-Lys-NHNap, pero la cadena ligera aislada tiene una actividad claramente disminuida hacia el tripsinógeno. Un defecto selectivo análogo en el reconocimiento del tripsinógeno se puede producir en la enteropeptidasa de dos cadenas mediante calentamiento o acetilación. Este comportamiento implica que el centro catalítico y uno o más sitios de unión al sustrato secundario son esenciales para el reconocimiento óptimo del tripsinógeno.
Actividad
A pesar de su nombre alternativo (enteroquinasa), la enteropeptidasa es una serina proteasa que cataliza la hidrólisis de enlaces peptídicos en proteínas y, a diferencia de otras quinasas, no cataliza la transferencia de grupos fosfato. La enteropeptidasa exhibe actividad similar a la tripsina, escindiendo proteínas siguiendo una lisina en un sitio de escisión específico (Asp-Asp-Asp-Asp-Lys). Esta escisión da como resultado la activación independiente de la tripsina de otros zimógenos pancreáticos, como el quimotripsinógeno, la proelastasa, la procarboxipeptidasa y la prolipasa en la luz del intestino. Como la prorregión del tripsinógeno contiene esta secuencia, la enteropeptidasa cataliza su activación in vivo:
tripsinógeno → tripsina + prorregión (Val-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys)
Genética y relevancia de la enfermedad
En humanos, la enteropeptidasa está codificada por el gen TMPRSS15 (también conocido como ENTK y anteriormente como PRSS7) en el cromosoma 21q21. Algunas mutaciones sin sentido y de cambio de marco en este gen conducen a un raro trastorno recesivo caracterizado por un grave retraso en el crecimiento de los bebés afectados, debido a una deficiencia de enteropeptidasa. La expresión del ARNm de enteropeptidasa se limita al intestino delgado proximal y la proteína se encuentra en los enterocitos del duodeno y el yeyuno proximal. Tras la secreción del páncreas hacia el duodeno, el tripsinógeno encuentra la enteropeptidasa y se activa. Luego, la tripsina escinde y activa otros zimógenos de serina proteasa pancreática (quimotripsinógeno y proelastasas), zimógenos de metaloproteasa (procarboxipeptidasas) y prolipasas. Mediante esta sencilla cascada de dos pasos, la actividad destructiva de estas hidrolasas digestivas se limita a la luz del intestino. La importancia fisiológica de esta vía queda demostrada por la grave malabsorción intestinal causada por la deficiencia congénita de enteropeptidasa. Esta afección puede poner en peligro la vida, pero responde a la suplementación oral con extracto pancreático.
Aplicaciones
La especificidad de la enteropeptidasa la convierte en una herramienta ideal en aplicaciones bioquímicas; una proteína de fusión que contiene una etiqueta de afinidad C-terminal (como poli-His) unida por esta secuencia puede escindirse mediante enteropeptidasa para obtener la proteína diana después de la purificación de la proteína. Por el contrario, la prosecuencia N-terminal de proteasas que debe escindirse antes de la activación puede mutarse para permitir la activación con enteropeptidasa.