Papaína

Papain, también conocido como proteína papaya I, es una enzima cisteína proteasa (EC 3.4.22.2) presente en papayaCarica papaya) y la montaña papaya (Vasconcellea cundinamarcensis). Es el miembro de la familia de la proteasa papaína.

Tiene aplicaciones comerciales muy variadas en las industrias de cuero, cosmética, textiles, detergentes, alimentos y farmacéutica. En la industria alimentaria, el papaín se utiliza como ingrediente activo en muchos licitadores comerciales de carne.

Familia Papaína

La papaína pertenece a una familia de proteínas relacionadas, conocida como la familia de la proteasa papaína, con una amplia variedad de actividades, incluyendo endopeptidases, aminopeptidasas, dipeptidil peptidases y enzimas con actividad de exo- y endopeptidasa. Los miembros de la familia papana están muy difundidos, encontrados en baculovirus, eubacteria, levadura y prácticamente todos los protozoos, plantas y mamíferos. Las proteínas son típicamente lisosomal o secretado, y es necesario el escote proteolítico de la propeptida para la activación de la enzima, aunque la hidrolasa de la bleomicina es citosolica en hongos y mamíferos. Las proteínas de la cisteína como la papaína son esencialmente sintetizadas como proenzimas inactivas (zymogenes) con N- regiones de propeptida terminales. El proceso de activación de estas enzimas incluye la eliminación de regiones de propeptida, que sirven una variedad de funciones in vivo y in vitro. La pro-región es necesaria para el correcto plegamiento de la enzima recién sintetizada, la inactivación del dominio de la peptidase y la estabilización de la enzima contra la desnaturalización a las condiciones de pH neutra a alcalino. Los residuos de aminoácidos dentro de la pro-región median su asociación de membrana, y juegan un papel en el transporte de la proenzima a los lisosomas. Entre las características más notables de las propeptides está su capacidad de inhibir la actividad de sus enzimas cognostadas y que ciertas propeptides exhiben alta selectividad para la inhibición de las peptidasas de las que se originan.

Estructura

La proteína precursora de la papaína contiene 345 residuos de aminoácidos y consta de una secuencia señal (1-18), un propéptido (19-133) y el péptido maduro (134-345). Los números de aminoácidos se basan en el péptido maduro. La proteína está estabilizada por tres puentes disulfuro. Su estructura tridimensional consta de dos dominios estructurales distintos con una hendidura entre ellos. Esta hendidura contiene el sitio activo, que contiene una díada catalítica que se ha comparado con la tríada catalítica de la quimotripsina. La pareja catalítica está formada por los aminoácidos cisteína-25 (de donde obtiene su clasificación) e histidina-159. Se pensaba que el aspartato-158 desempeñaba un papel análogo al papel del aspartato en la tríada catalítica de la serina proteasa, pero eso ha sido refutado desde entonces.

Función

El mecanismo por el cual la papaína rompe los enlaces peptídicos implica el uso de una díada catalítica con una cisteína desprotonada. Un Asn-175 cercano ayuda a orientar el anillo de imidazol de His-159 para permitirle desprotonar el catalítico Cys-25. Luego, esta cisteína realiza un ataque nucleofílico sobre el carbono carbonilo de la estructura peptídica. Esto forma un intermedio acil-enzima covalente y libera el extremo amino del péptido. La enzima es desacilada por una molécula de agua y libera la porción carboxiterminal del péptido. En inmunología, se sabe que la papaína escinde la porción Fc (cristalizable) de las inmunoglobulinas (anticuerpos) de la porción Fab (unión al antígeno).

La papaína es una enzima relativamente resistente al calor, con un rango de temperatura óptimo de 60 a 70 °C.

La papaína prefiere escindirse después de una arginina o lisina precedida por una unidad hidrófoba (Ala, Val, Leu, Ile, Phe, Trp, Tyr) y no seguida de una valina.

Usos

La papaína descompone las fibras duras de la carne y se ha utilizado desde antes del contacto europeo para ablandar la carne que se come en su Sudamérica natal. Los ablandadores de carne en polvo con papaína como componente activo se venden ampliamente y el uso culinario de la cáscara de papaya ha aparecido en artículos de investigación.

La papaína se puede utilizar para disociar células en el primer paso de las preparaciones de cultivos celulares. Un tratamiento de diez minutos de pequeños trozos de tejido (menos de 1 mm³) permitirá que la papaína comience a escindir las moléculas de la matriz extracelular que mantienen unidas las células. Después de diez minutos, el tejido debe tratarse con una solución inhibidora de proteasa para detener la acción de la proteasa. Si no se trata, la actividad de la papaína conducirá a la lisis completa de las células. Luego se debe triturar el tejido (pasarlo rápidamente hacia arriba y hacia abajo a través de una pipeta Pasteur) para dividir los trozos de tejido en una suspensión de células individuales.

También se utiliza como ingrediente en varias preparaciones de desbridamiento enzimático, en particular Accuzyme. Se utilizan en el cuidado de algunas heridas crónicas para limpiar el tejido muerto.

La papaína se agrega a algunas pastas de dientes y dulces de menta como blanqueador de dientes. Su efecto blanqueador es mínimo, porque la papaína está presente en bajas concentraciones y se diluye rápidamente con la saliva. Se necesitarían varios meses de uso para que se notara el efecto.

La papaína es el ingrediente principal de Papacarie, un gel utilizado para la eliminación quimiomecánica de la caries dental. No requiere perforación y no interfiere en la fuerza de adhesión de los materiales restauradores a la dentina.

Se sabe que la papaína interfiere con las pruebas de detección de cannabinoides en orina. Se encuentra en algunos productos desintoxicantes de drogas.

Recientemente, se ha demostrado que la papaína se puede utilizar para ensamblar películas delgadas de titania utilizadas en células fotovoltaicas.

La papaína también se ha utilizado para crear un modelo de enfermedad degenerada del disco para evaluar varios tipos de terapias inyectables.

Inmunoglobulinas

Un anticuerpo digerido por papaína produce tres fragmentos: dos fragmentos Fab de 50 kDa y un fragmento Fc de 50 kDa. El anticuerpo digerido con papaína no puede promover la aglutinación, precipitación, opsonización y lisis; sin embargo, el fragmento Fab aún puede unirse y neutralizar los antígenos apropiados, lo que se observa más comúnmente en el uso de preparaciones de anticuerpos anti-toxina crotálida de oveja, conocidos como CroFab y en Digibind, un fragmento de antisuero de oveja similar, utilizado para neutralizar el medicamento cardíaco digoxina en situaciones de sobredosis aguda.

Producción

La papaína generalmente se produce como un material crudo y seco recolectando el látex del fruto del árbol de papaya. El látex se recoge después de marcar el cuello de la fruta, donde puede secarse sobre la fruta o gotear en un recipiente. A continuación, este látex se seca aún más. Actualmente se clasifica como material crudo y seco. Es necesario un paso de purificación para eliminar sustancias contaminantes. Esta purificación consiste en la solubilización y extracción del sistema enzimático activo de papaína mediante un proceso registrado por el gobierno. Esta papaína purificada puede suministrarse en forma de polvo o líquido.

Restricciones de marketing de EE. UU.

El 23 de septiembre de 2008, la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA) advirtió a las empresas que dejaran de comercializar soluciones salinas oftálmicas equilibradas y productos farmacéuticos tópicos que contengan papaína antes del 4 de noviembre de 2008. La FDA dijo: "Los productos que contienen papaína Los productos farmacéuticos en forma tópica históricamente se han comercializado sin aprobación...". Según la declaración de la FDA sobre el tema, "Estos productos no aprobados han puesto a los consumidores' salud en peligro, desde informes de pérdida permanente de la visión con soluciones salinas equilibradas no aprobadas hasta una caída grave de la presión arterial y un aumento de la frecuencia cardíaca debido a los productos tópicos de papaína," dijo Janet Woodcock, directora del Centro de Evaluación e Investigación de Medicamentos.

Productos tópicos de papaína no aprobados

Los ungüentos farmacológicos tópicos que contienen papaína se utilizan para eliminar tejido muerto o contaminado en lesiones agudas y crónicas, como úlceras diabéticas, úlceras por presión, úlceras varicosas y heridas traumáticas infectadas. Los nombres comerciales de estos productos incluyen Accuzyme, Allanfil, Allanzyme, Ethezyme, Gladase, Kovia, Panafil, Pap Urea y Ziox. Otros productos se comercializan con los nombres de los ingredientes activos, por ejemplo, ungüento de papaína y urea.

En 2008, la FDA anunció su intención de tomar medidas contra estos productos porque había recibido informes de eventos adversos graves en pacientes que usaban productos que contenían papaína. Los informes incluyeron reacciones de hipersensibilidad (alérgicas) que provocan hipotensión (presión arterial baja) y taquicardia (frecuencia cardíaca rápida). Además, las personas alérgicas al látex también pueden ser alérgicas a la papaya, la fuente de la papaína, lo que implica que las personas con sensibilidad al látex pueden tener un mayor riesgo de sufrir una reacción adversa a un medicamento tópico de papaína.

La FDA recomendó que las personas que tengan inquietudes sobre el uso de preparaciones tópicas de papaína se comuniquen con su proveedor de atención médica para suspender su uso.

Cisteína proteasas humanas de la familia de la papaína