Urato oxidasa

La enzima urato oxidasa (UO), uricasa o urato hidroxilasa independiente del factor, ausente en humanos, cataliza la oxidación del ácido úrico a 5-hidroxiisourato:

Ácido úrico + O₂ + H₂O → 5-hidroxiisourate + H2O2

5-hidroxiisourate + H₂O → allantoin + CO₂

Estructura

La urato oxidasa se localiza principalmente en el hígado, donde forma un gran núcleo paracristalino denso en electrones en muchos peroxisomas. La enzima existe como un tetrámero de subunidades idénticas, cada una de las cuales contiene un posible sitio de unión de cobre tipo 2.

La urato oxidasa es una enzima homotetramérica que contiene cuatro sitios activos idénticos situados en las interfaces entre sus cuatro subunidades. UO de A. flavus está formado por 301 residuos y tiene un peso molecular de 33438 daltons. Es única entre las oxidasas porque no requiere un átomo de metal ni un cofactor orgánico para la catálisis. El análisis de secuencia de varios organismos ha determinado que hay 24 aminoácidos que se conservan y de estos, 15 están involucrados con el sitio activo.

Mecanismo de reacción

La urato oxidasa es la primera enzima de una vía de tres enzimas para convertir el ácido úrico en S-(+)-alantoína. Después de que el ácido úrico se convierte en 5-hidroxiisourato por la urato oxidasa, el 5-hidroxiisourato (HIU) se convierte en 2-oxo-4-hidroxi-4-carboxi-5-ureidoimidazolina (OHCU) por la HIU hidrolasa y luego en S-(+)-alantoína por la 2-oxo-4-hidroxi-4-carboxi-5-ureidoimidazolina descarboxilasa (OHCU descarboxilasa). Sin HIU hidrolasa y OHCU descarboxilasa, HIU se descompondrá espontáneamente en alantoína racémica.

El sitio activo se une al ácido úrico (y sus análogos), lo que le permite interactuar con el O₂. Según la cristalografía de rayos X, es la base conjugada del ácido úrico la que se une y luego se desprotona a un dianión. El dianión se estabiliza mediante enlaces de hidrógeno extensos, por ejemplo, a Arg 176 y Gln 228. El oxígeno acepta dos electrones del dianión urato, a través de una secuencia de transferencias de un electrón, lo que finalmente produce peróxido de hidrógeno y el sustrato deshidrogenado. El deshidrourato agrega agua (hidratos) para producir 5-hidroxiisourato.

Se sabe que la urato oxidasa es inhibida por iones de cianuro y cloruro. La inhibición implica interacciones anión-π entre el inhibidor y el sustrato de ácido úrico.

Importancia de la ausencia en humanos

La urato oxidasa se encuentra en casi todos los organismos, desde bacterias hasta mamíferos, pero está inactiva en los humanos y en varios otros grandes simios, ya que se perdió en la evolución de los primates. Esto significa que en lugar de producir alantoína como producto final de la oxidación de las purinas, la vía termina con ácido úrico. Esto lleva a que los humanos tengan niveles de urato en la sangre mucho más altos y más variables que la mayoría de los demás mamíferos.

Genéticamente, la pérdida de la función urato oxidasa en humanos fue causada por dos mutaciones sin sentido en los codones 33 y 187 y un sitio de empalme aberrante.

Se ha propuesto que la pérdida de la expresión del gen de la urato oxidasa ha sido ventajosa para los homínidos, ya que el ácido úrico es un poderoso antioxidante y eliminador del oxígeno singlete y de los radicales. Su presencia proporciona al cuerpo protección contra el daño oxidativo, prolongando así la vida y disminuyendo las tasas de cáncer específicas de la edad.

Sin embargo, el ácido úrico desempeña un papel fisiológico complejo en varios procesos, incluida la inflamación y la señalización de peligro, y las dietas modernas ricas en purinas pueden provocar hiperuricemia, que está relacionada con muchas enfermedades, incluido un mayor riesgo de desarrollar gota.

Usos médicos

La urato oxidasa está formulada como un fármaco proteico (rasburicasa) para el tratamiento de la hiperuricemia aguda en pacientes que reciben quimioterapia. En 2010, la FDA aprobó una forma pegilada de urato oxidasa, la pegloticasa, para el tratamiento de la gota crónica en pacientes adultos refractarios a la "terapia convencional".

Relevancia de la enfermedad

Los niños con linfoma no Hodgkin (LNH), específicamente con linfoma de Burkitt y leucemia linfoblástica aguda de células B (LLA-B), a menudo experimentan síndrome de lisis tumoral (TLS), que ocurre cuando La degradación de las células tumorales por la quimioterapia libera ácido úrico y provoca la formación de cristales de ácido úrico en los túbulos renales y los conductos colectores. Esto puede provocar insuficiencia renal e incluso la muerte. Los estudios sugieren que los pacientes con alto riesgo de desarrollar TLS pueden beneficiarse de la administración de urato oxidasa. Sin embargo, los seres humanos carecen de la enzima HIU hidroxilasa en la vía para degradar el ácido úrico a alantoína, por lo que la terapia a largo plazo con urato oxidasa podría tener efectos nocivos debido a los efectos tóxicos de la HIU.

Los niveles más altos de ácido úrico también se han asociado con la epilepsia. Sin embargo, se descubrió en modelos de ratón que la alteración de la urato oxidasa en realidad disminuye la excitabilidad del cerebro y la susceptibilidad a las convulsiones.

La enfermedad de injerto contra huésped (EICH) es a menudo un efecto secundario del trasplante alogénico de células madre hematopoyéticas (TCMH), impulsado por células T del donante que destruyen el tejido del huésped. Se ha demostrado que el ácido úrico aumenta la respuesta de las células T, por lo que los ensayos clínicos han demostrado que se puede administrar urato oxidasa para disminuir los niveles de ácido úrico en el paciente y, posteriormente, disminuir la probabilidad de EICH.

En legumbres

La UO también es una enzima esencial en la vía de los ureidos, donde se produce la fijación de nitrógeno en los nódulos de las raíces de las legumbres. El nitrógeno fijado se convierte en metabolitos que se transportan desde las raíces por toda la planta para proporcionar el nitrógeno necesario para la biosíntesis de aminoácidos.

En las legumbres se encuentran 2 formas de uricasa: en las raíces, la forma tetramérica; y, en las células no infectadas de los nódulos de las raíces, una forma monomérica, que desempeña un papel importante en la fijación de nitrógeno.