Hexosaminidasa

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Hexosaminidasa (EC 3.2.1.52, β-acetilaminodesoxihexosidasa, N-acetil-β-D-hexosaminidasa, N-acetil-β-hexosaminidasa, N-acetil hexosaminidasa, β-hexosaminidasa, β-acetilhexosaminidinasa, β-D-N-acetilhexosaminidasa, β-N-acetil-D-hexosaminidasa, β-N-acetilglucosaminidasa, hexosaminidasa A, La N-acetilhexosaminidasa, β-D-hexosaminidasa, es una enzima que participa en la hidrólisis de los residuos terminales de N-acetil-D-hexosamina en N-acetil-β-D-hexosaminidas.

Se ha propuesto que los niveles elevados de hexosaminidasa en sangre y/o orina constituyen un biomarcador de recaída en el tratamiento del alcoholismo.

La incapacidad hereditaria para formar enzimas hexosaminidasas funcionales es la causa de los trastornos de almacenamiento de lípidos, la enfermedad de Tay-Sachs y la enfermedad de Sandhoff.

Isoenzimas y genes

Lysosomal A, B, y S isoenzimas

Las enzimas β-hexosaminidasas lisosomales funcionales tienen una estructura dimérica. Se producen tres isoenzimas mediante la combinación de las subunidades α y β para formar cualquiera de los tres dímeros activos:

hexosaminidase
isoenzyme 		subunidad de composición función
A heterodimer α/β sólo isoenzima que puede hidrolizar GM2 ganglios in vivo
B β/β homodimer existe en los tejidos pero ninguna función fisiológica conocida
S α/α homodimer existe en los tejidos pero ninguna función fisiológica conocida

Las subunidades α y β están codificadas por genes separados, HEXA y HEXB respectivamente. La β-hexosaminidasa y la proteína activadora del cofactor GM2 catalizan la degradación de los gangliósidos GM2 y otras moléculas que contienen N-acetil hexosaminas terminales. Las mutaciones genéticas en HEXB a menudo resultan en la enfermedad de Sandhoff; mientras que las mutaciones en HEXA disminuyen la hidrólisis de los gangliósidos GM2, que es la principal causa de la enfermedad de Tay–Sachs.

Función

Aunque las subunidades α y β de la hexosaminidasa lisosomal pueden escindir residuos de GalNAc, solo la subunidad α es capaz de hidrolizar los gangliósidos GM2 debido a un residuo clave, Arg-424, y una estructura de bucle que se forma a partir de la secuencia de aminoácidos en la subunidad alfa. El bucle en la subunidad α, que consta de Gly-280, Ser-281, Glu-282 y Pro-283 que está ausente en la subunidad β, sirve como una estructura ideal para la unión de la proteína activadora GM2 (GM2AP), y la arginina es esencial para la unión del residuo de ácido N-acetil-neuramínico de los gangliósidos GM2. La proteína activadora GM2 transporta los gangliósidos GM2 y presenta los lípidos a la hexosaminidasa, por lo que una enzima hexosaminidasa funcional es capaz de hidrolizar los gangliósidos GM2 en gangliósidos GM3 eliminando el residuo de N-acetilgalactosamina (GalNAc) de los gangliósidos GM2.

Mecanismo de acción

Un complejo de Michaelis que consiste en un residuo de glutamato, un residuo de GalNAc en el gangliósido GM2 y un residuo de aspartato conduce a la formación de un intermediario de ion oxazolinio. Un residuo de glutamato (α Glu-323/β Glu-355) funciona como un ácido donando su hidrógeno al átomo de oxígeno glucosídico en el residuo de GalNAc. Un residuo de aspartato (α Asp-322/β Asp-354) posiciona el grupo C2-acetamindo de manera que pueda ser atacado por el nucleófilo (átomo de oxígeno N-acetamido en el carbono 1 del sustrato). El residuo de aspartato estabiliza la carga positiva en el átomo de nitrógeno en el intermediario de ion oxazolinio. Después de la formación del intermediario de ion oxazolinio, el agua ataca el carbono acetal electrofílico. El glutamato actúa como base desprotonando el agua, lo que conduce a la formación del complejo de productos y del gangliósido GM3.

Hidrolisis de GM2 ganglioside a GM3 ganglioside catalyzed by hexosaminidase A.
El mecanismo de la hidrolisis de un GM2 ganglioside y eliminación de un residuo GalNAc para producir GM3 ganglioside.

mutaciones genéticas que provocan enfermedad de Tay-Sachs

Existen numerosas mutaciones que provocan deficiencia de hexosaminidasa, entre ellas, deleciones de genes, mutaciones sin sentido y mutaciones sin sentido. La enfermedad de Tay-Sachs se produce cuando la hexosaminidasa A pierde su capacidad de funcionar. Las personas con enfermedad de Tay-Sachs no pueden eliminar el residuo de GalNAc del gangliósido GM2 y, como resultado, terminan almacenando entre 100 y 1000 veces más gangliósidos GM2 en el cerebro que la persona no afectada. Se han descubierto más de 100 mutaciones diferentes solo en casos infantiles de enfermedad de Tay-Sachs.

La mutación más común, que se presenta en más del 80 por ciento de los pacientes con Tay-Sachs, es resultado de una adición de cuatro pares de bases (TATC) en el exón 11 del gen Hex A. Esta inserción conduce a un codón de terminación temprano, que causa la deficiencia de Hex A.

Los niños que nacen con la enfermedad de Tay-Sachs suelen morir entre los dos y los cuatro años de edad por aspiración y neumonía. La enfermedad de Tay-Sachs provoca degeneración cerebral y ceguera. Los pacientes también sufren flacidez en las extremidades y convulsiones. Hasta el momento no existe cura ni tratamiento eficaz para la enfermedad de Tay-Sachs.

La NAG-tiazolina, NGT, actúa como un inhibidor basado en el mecanismo de la hexosaminidasa A. En pacientes con enfermedad de Tay-Sachs (hexosaminidasa A mal plegada), la NGT actúa como una chaperona molecular al unirse al sitio activo de la hexosaminidasa A, lo que ayuda a crear una hexosaminidasa A correctamente plegada. La conformación estable en dímero de la hexosaminidasa A tiene la capacidad de abandonar el retículo endoplasmático y se dirige al lisosoma, donde puede realizar la degradación de los gangliósidos GM2. Las dos subunidades de la hexosaminidasa A se muestran a continuación:

El sitio activo de la subunidad α se muestra vinculado a NAG-thiazoline (NGT) en β-hexosaminidase. PDB: 2GK1El perfil verde claro que rodea NGT representa la superficie de Van der Waals de NGT. Los aminoácidos críticos en el sitio activo que son capaces de unir hidrógeno con NGT incluyen Arginine 178 y Glutamate 462.
El sitio activo de la subunidad β se muestra vinculado a NAG-thiazoline (NGT) en β-hexosaminidase. PDB: 2GK1El esbozo azul claro que rodea NGT representa la superficie Van der Waals de NGT. Los aminoácidos críticos en el sitio activo que son capaces de unir hidrógeno con NGT incluyen Glutamate 491 y Aspartate 452.

Cytosolic C y D isozymes

La proteína bifuncional NCOAT (O-GlcNAcase citoplasmática nuclear y acetiltransferasa) codificada por el gen MGEA5 posee actividades de hexosaminidasa y de histona acetiltransferasa. La NCOAT también se conoce como hexosaminidasa C y tiene especificidades de sustrato distintas en comparación con la hexosaminidasa lisosomal A. Un polimorfismo de un solo nucleótido en el gen O-GlcNAcase humano está vinculado a la diabetes mellitus tipo 2.

Recientemente se ha identificado un cuarto polipéptido de hexosaminidasa de mamíferos, denominado hexosaminidasa D (HEXDC).

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  • GeneReviews/NCBI/NIH/UW in hexosaminidase Una deficiencia, Tay-Sachs disease
  • hexosaminidase A en la Biblioteca Nacional de Medicina de EE.UU.
  • EC 3.2.1.52
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