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Aminopeptidasa

Las aminopeptidasas son enzimas que catalizan la escisión de aminoácidos desde el extremo N-terminal (inicio) de proteínas o péptidos . Se encuentran en muchos organismos; en la...

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Las aminopeptidasas son enzimas que catalizan la escisión de aminoácidos desde el extremo N-terminal (inicio) de proteínas o péptidos . Se encuentran en muchos organismos; en la célula, se localizan en numerosos orgánulos , en el citosol (fluido celular interno) y como proteínas de membrana . Las aminopeptidasas participan en funciones celulares esenciales y suelen ser metaloenzimas de zinc , que contienen un cofactor de zinc . [ 2 ]

Las aminopeptidasas existen tanto en formas hidrosolubles como unidas a la membrana y se pueden encontrar tanto en varios compartimentos celulares como en el medio extracelular (fuera de las células). [ 3 ] Su amplia especificidad de sustrato , su capacidad para unirse fuertemente a sus dianas, les permite eliminar los aminoácidos N-terminales iniciales de casi todos los oligopéptidos no sustituidos . [ 4 ] Por ejemplo, la aminopeptidasa N (AP-N) es particularmente abundante en las membranas del borde en cepillo del riñón, el intestino delgado y la placenta, y también se encuentra en el hígado. [ 4 ] La AP-N participa en la digestión final de los péptidos generados por la hidrólisis (escisión) de proteínas por proteasas gástricas y pancreáticas . [ 5 ]

Algunas aminopeptidasas son monoméricas , y otras se encuentran como ensamblajes de subunidades de masa relativamente alta (50 kDa). Se dispone de secuencias de ADNc para varias aminopeptidasas y de una estructura cristalina del estado abierto de la aminopeptidasa 1 del retículo endoplasmático humano . [ 1 ]

Historia

El descubrimiento y la caracterización de las aminopeptidasas se remontan a principios del siglo XX. El término "aminopeptidasa" fue introducido por primera vez en 1929 por Linderstrøm-Lang y Sato para describir las enzimas que escinden aminoácidos del extremo N-terminal de los péptidos. [ 6 ]

En las décadas de 1950 y 1960, el descubrimiento de la leucina aminopeptidasa (LAP) y la aminopeptidasa N (APN) marcó hitos importantes en el campo. Se descubrió que la LAP era crucial para la digestión de proteínas, mientras que la APN fue reconocida por su papel en la regulación de los efectos mediados por péptidos. [ 4 ] [ 7 ] Estos descubrimientos fueron fundamentales para comprender las funciones fisiológicas de las aminopeptidasas y su implicación en la salud y la enfermedad.

Las décadas siguientes vieron una extensa investigación sobre la estructura, función y mecanismos de acción de varias aminopeptidasas. Por ejemplo, la familia M1 de aminopeptidasas, que incluye la aminopeptidasa sensible a la puromicina (PSA), se caracterizó por sitios dependientes de zinc conservados y motivos de exopeptidasa . [ 7 ] El estudio de PSA en diferentes organismos modelo reveló sus funciones esenciales en el crecimiento y el comportamiento. Las mutaciones en ortólogos de PSA en diferentes especies se vincularon con errores en la meiosis y una viabilidad reducida de los embriones. [ 7 ] La aminopeptidasa N, también conocida como AP-N o CD13, se caracterizó extensamente por su amplia especificidad de sustrato (capacidad de unirse a sus dianas) y su presencia en varios tejidos como las membranas del borde en cepillo del riñón, el intestino delgado y la placenta. [ 4 ] El papel de la enzima en la función cerebral y su identificación como el antígeno de diferenciación de cúmulos humanos CD13 en la superficie de las células mieloides resaltaron aún más su importancia biológica.

Estructura y clasificación

Las aminopeptidasas son un grupo diverso de enzimas que desempeñan funciones cruciales en diversos procesos biológicos, como la digestión de proteínas , el crecimiento celular y la respuesta inmunitaria . Se clasifican, según su especificidad de sustrato (fuerza de unión) y su mecanismo catalítico (medio para catalizar su reacción), en dos categorías principales: metaloaminopeptidasas y cisteína aminopeptidasas. Las metaloaminopeptidasas utilizan un ion metálico para llevar a cabo su función, mientras que las cisteína aminopeptidasas utilizan un aminoácido cisteína específico.

La estructura de las aminopeptidasas varía según la enzima específica, pero generalmente constan de un dominio catalítico donde ocurre la catálisis y dominios adicionales que contribuyen al reconocimiento del objetivo y a la regulación de sus funciones. Por ejemplo, la aminopeptidasa N (APN), una metaloproteasa de tipo II, consta de 967 aminoácidos con un dominio citoplasmático N-terminal corto en el citoplasma, una única parte transmembrana que atraviesa la membrana celular y un gran ectodominio celular que sobresale de la célula y contiene el sitio activo. [ 8 ]

Metaloaminopeptidasas

Las metaloaminopeptidasas requieren iones metálicos, como zinc o manganeso , para funcionar. Estas enzimas se pueden identificar por un motivo HEXXH conservado en su sitio activo . Este motivo es crucial para la función de la enzima, ya que los aminoácidos de histidina dentro del motivo coordinan (se unen) al ion metálico, que luego utiliza la hidrólisis para romper el enlace peptídico entre el primer aminoácido y el resto de la proteína. [ 9 ] Las metaloaminopeptidasas son la clase más grande y homogénea de aminopeptidasas; la base de datos MEROPS identifica más de 35 familias que forman parte del clan MA. Esta clasificación, que se basa en similitudes estructurales y relaciones evolutivas, indica un origen ancestral común para estas enzimas. [ 9 ] Ejemplos de metaloaminopeptidasas incluyen la aminopeptidasa N (APN), la leucina aminopeptidasa (LAP) y la aminopeptidasa A (APA). [ 8 ] [ 10 ]

aminopeptidasa de cisteína

Por otro lado, las aminopeptidasas de cisteína dependen de un aminoácido cisteína para realizar la catálisis. Estas enzimas forman parte de un grupo más amplio de proteasas de cisteína , las cuales degradan proteínas utilizando un tiol de cisteína nucleofílico junto con uno o dos aminoácidos catalíticos adicionales en una díada o tríada. La tríada generalmente consta de los aminoácidos cisteína , histidina y aspartato , donde la cisteína actúa como nucleófilo , la histidina como base química y el aspartato estabiliza la histidina. [ 11 ] Ejemplos de aminopeptidasas de cisteína incluyen la catepsina H y la aminopeptidasa B. [ 8 ]

Función biológica

En general, las aminopeptidasas desempeñan un papel importante en el metabolismo de proteínas y péptidos. Las aminopeptidasas del tracto gastrointestinal, como la APN y la APA, son esenciales para la digestión de las proteínas de la dieta. Facilitan la absorción y utilización de aminoácidos al separarlos del extremo N-terminal de los péptidos. [ 12 ] Estas enzimas también participan en el metabolismo de péptidos bioactivos, incluyendo hormonas y factores de crecimiento. Al regular los niveles de estos péptidos, las aminopeptidasas contribuyen a la homeostasis y a la modulación de los procesos fisiológicos. [ 12 ]

aminopeptidasas bacterianas

En las bacterias, las aminopeptidasas son producidas tanto por cepas anaeróbicas facultativas , que pueden respirar con o sin oxígeno, como por cepas obligadas , que requieren oxígeno atmosférico o mueren por él. [ 13 ] Se pueden encontrar en muchas ubicaciones celulares diferentes, por ejemplo, en el citoplasma , en las membranas , asociadas a la envoltura celular o secretadas al medio extracelular. [ 13 ] Estas enzimas están involucradas en la degradación de péptidos suministrados externamente (proteínas muy cortas) y son necesarias para los pasos finales del recambio y reemplazo de proteínas . También participan en funciones específicas como la escisión de la metionina N-terminal (inicial) de las cadenas peptídicas recién sintetizadas ( aminopeptidasas de metionina ), la estabilización de plásmidos multicopia basados ​​en ColE1 (por ejemplo, aminopeptidasa A ) y la escisión del piroglutamato N-terminal (por ejemplo, piroglutamil aminopeptidasa ). [ 13 ]

aminopeptidasas fúngicas

Los hongos, en particular especies como Aspergillus oryzae y Aspergillus sojae , producen aminopeptidasas que se utilizan en la industria alimentaria como agentes desamargantes. [ 14 ] Estas enzimas también son de interés por sus potenciales aplicaciones biotecnológicas. Por ejemplo, se ha descubierto que la leucina aminopeptidasa (LAP) de especies de Aspergillus es termoestable y, teóricamente, podría utilizarse para controlar el grado de hidrólisis y el desarrollo del sabor en una amplia gama de sustancias. [ 14 ]

aminopeptidasas de mamíferos

En los mamíferos, las aminopeptidasas se producen en diversos tejidos y órganos, como el hígado , el riñón y el intestino . Debido a su capacidad para degradar proteínas y péptidos , se utilizan para ayudar a digerir proteínas, regular los efectos mediados por péptidos y degradar péptidos bioactivos. [ 4 ] La aminopeptidasa N (AP-N) es particularmente abundante en las membranas del borde en cepillo del riñón, el intestino delgado y la placenta, y también es rica en el hígado. [ 4 ] Tiene una amplia especificidad de sustrato (capacidad de unirse a sus dianas) y participa en las etapas finales de la digestión de péptidos generados por la degradación e hidrólisis de proteínas por proteasas gástricas y pancreáticas . [ 4 ]

Medicina y biotecnología

Se ha estudiado la aminopeptidasa para su uso en el tratamiento de la hipertensión, la inflamación y algunos tipos de cáncer. La aminopeptidasa A (APA) está implicada en la regulación de la presión arterial mediante la conversión de angiotensina II en angiotensina III . Se están explorando los inhibidores de la APA como posibles agentes antihipertensivos, lo que ofrece un nuevo enfoque para el manejo de la hipertensión. [ 12 ] La aminopeptidasa N (APN) se ha asociado con la patogénesis de enfermedades inflamatorias como la artritis reumatoide y la enfermedad inflamatoria intestinal. Los inhibidores de la APN han demostrado efectos antiinflamatorios en modelos animales, lo que los posiciona como posibles agentes terapéuticos para estas afecciones. [ 12 ] Varias aminopeptidasas, incluidas la APN, la APA y la leucina aminopeptidasa (LAP), se sobreexpresan en diversos tipos de cáncer. Su implicación en el crecimiento tumoral, la invasión y la angiogénesis las convierte en objetivos atractivos para la terapia oncológica. Los inhibidores de la aminopeptidasa han mostrado resultados prometedores en estudios preclínicos como posibles agentes anticancerígenos. [ 12 ]

marcadores diagnósticos

Se han explorado los niveles de actividad y expresión de las aminopeptidasas como marcadores diagnósticos de enfermedades como trastornos hepáticos y cáncer. Las variaciones en estos parámetros pueden indicar condiciones patológicas, lo que ayuda en el diagnóstico y seguimiento de la enfermedad. [ 12 ]

Biosensores

Las aminopeptidasas se han utilizado en la creación de biosensores para la detección de aminoácidos o péptidos específicos. Estos biosensores generan una señal medible en presencia del analito objetivo, aprovechando la actividad catalítica de las aminopeptidasas. [ 12 ]

secuenciación de proteínas

En la secuenciación de proteínas, se emplean aminopeptidasas en el método de degradación de Edman . Esta técnica implica la eliminación e identificación secuencial del aminoácido N-terminal de las proteínas, lo que facilita la elucidación de su secuencia de aminoácidos. [ 15 ]

Industria alimentaria

En la industria alimentaria, las aminopeptidasas de Aspergillus oryzae y Aspergillus sojae se utilizan para eliminar el amargor de los hidrolizados de proteínas, incluidos los empleados en la producción de salsa de soja y miso. Estas enzimas ayudan a eliminar los péptidos de sabor amargo, mejorando el sabor y la palatabilidad de estos productos. [ 15 ] Las aminopeptidasas también desempeñan un papel crucial en la maduración del queso al participar en la proteólisis de las proteínas de la leche. Esta acción enzimática contribuye significativamente al desarrollo del sabor y la textura del queso, lo que hace que las aminopeptidasas sean esenciales en el proceso de elaboración del queso. [ 15 ]

Cuando se utilizan aminopeptidasas en el procesamiento de alimentos, es fundamental asegurar que sean aptas para el consumo y seguras. Las aminopeptidasas de A. oryzae y A. sojae , por ejemplo, han sido ampliamente estudiadas y se consideran seguras para su uso en aplicaciones alimentarias. [ 16 ] Es importante manipular estas enzimas en condiciones que prevengan la contaminación y la degradación, las cuales podrían afectar tanto la seguridad como la calidad de los productos alimenticios.

Las aminopeptidasas requieren condiciones de almacenamiento específicas para mantener su estabilidad y actividad enzimática. Por ejemplo, la aminopeptidasa A humana es estable en un rango de pH de 7,0 a 8,5 y puede almacenarse a -20  °C durante varios meses sin una pérdida significativa de actividad. De manera similar, una proteasa intracelular halotolerante de la cepa FP-133 de Bacillus subtilis , que exhibe actividad aminopeptidasa, conserva su actividad completa después de almacenarse en NaCl al 7,5 % (p/v) a 4  °C durante 24 horas. [ 17 ] Estos ejemplos indican que las aminopeptidasas generalmente requieren condiciones de pH neutro y pueden almacenarse a bajas temperaturas, como -20  °C o -80  °C, durante períodos prolongados para preservar su actividad.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 PDB : 3QNF ​:Kochan G, Krojer T, Harvey D, Fischer R, Chen L, Vollmar M, von Delft F, Kavanagh KL, Brown MA, Bowness P, Wordsworth P, Kessler BM, Oppermann U (mayo de 2011). "Las estructuras cristalinas de la aminopeptidasa-1 del retículo endoplasmático (ERAP1) revelan la base molecular del recorte del péptido N-terminal" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 108 (19): 7745– 50. Bibcode : 2011PNAS..108.7745K . doi : 10.1073/PNAS.1101262108 . PMC 3093473 . PMID 21508329 .  
  2. ↑ Taylor, A (febrero de 1993). " Aminopeptidasas: estructura y función" . FASEB Journal . 7 (2): 290–8 . doi : 10.1096/fasebj.7.2.8440407 . PMID 8440407. S2CID 23354720 .  
  3. ↑ Bradshaw, RA (2013), "Aminopeptidasas", Enciclopedia de Química Biológica , Elsevier, págs. 97–99 , doi : 10.1016/b978-0-12-378630-2.00002-5 , ISBN  978-0-12-378631-9
  4. 1 2 3 4 5 6 7 Turner, Anthony J. (2013), "Aminopeptidasa N", Manual de enzimas proteolíticas , Elsevier, págs. 397–403 , doi : 10.1016/b978-0-12-382219-2.00079-x , ISBN  978-0-12-382219-2, PMC 7150183 
  5. ^ Sanz, Yolanda (2007), "Aminopeptidasas", Enzimas industriales , Dordrecht: Springer Países Bajos, págs. 243–260 , doi : 10.1007/1-4020-5377-0_15 , ISBN  978-1-4020-5376-4, PMC 7121417 
  6. ^ Bala, Sandeep Chowdary; Haque, Neshatul; Pillalamarri, Vijaykumar; Reddi, Ravikumar; Kashyap, Rajnandani; Marapaka, Anil Kumar; Addlagatta, Anthony (15 de mayo de 2019). "Descubrimiento de una nueva clase de metionina aminopeptidasas tipo 1 que tienen una especificidad de sustrato relajada". Revista Internacional de Macromoléculas Biológicas . 129 : 523– 529. doi : 10.1016/j.ijbiomac.2019.02.055 . ISSN 0141-8130 . PMID 30763644 . S2CID 73436841 .   
  7. 1 2 3 Su, Shanchun; Pan, Baoliang; Hu, Yanxin; Wang, Ming (2019-11-12). "Caracterización del gen anp-1 que codifica la aminopeptidasa y su asociación con el desarrollo en Caenorhabditis elegans " . PeerJ . 7 e7944. doi : 10.7717/peerj.7944 . ISSN 2167-8359 . PMC 6857582. PMID 31737443 .   
  8. 1 2 3 Luan, Yepeng; Xu, Wenfang (2007-03-01). "La estructura y las funciones principales de la aminopeptidasa N". Current Medicinal Chemistry . 14 (6): 639– 647. doi : 10.2174/092986707780059571 . ISSN 0929-8673 . PMID 17346152 .  
  9. 1 2Mucha , Artur; Arrastra, Marcin; Dalton, John P.; Kafarski, Paweł (noviembre de 2010). "Inhibidores de metaloaminopeptidasa" . Bioquimia . 92 (11): 1509–1529 . doi : 10.1016/j.biochi.2010.04.026 . ISSN 0300-9084 . PMC 7117057 . PMID 20457213 . S2CID 37896195 .    
  10. ↑ Silbernagl, Stefan; Gekle, Michael (2008), "Aminoácidos, oligopéptidos e hiperaminoacidurias", Seldin and Giebisch's The Kidney , Elsevier, pp. 2021–2044 , doi : 10.1016/b978-012088488-9.50075-9 , ISBN  978-0-12-088488-9
  11. ^ Turco, Vito; Stoka, Verónica; Vasiljeva, Olga; Renko, Miha; Sol, Tao; Turco, Boris; Turk, Dušan (enero de 2012). "Cisteína catepsinas: de estructura, función y regulación a nuevas fronteras" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteínas y Proteómica . 1824 (1): 68– 88. doi : 10.1016/j.bbapap.2011.10.002 . ISSN 1570-9639 . PMC 7105208 . PMID 22024571 . S2CID 205851962 .    
  12. 1 2 3 4 5 6 7 Nandan, Arya; Nampoothiri, Kesavan Madhavan (2020-04-28). "Aplicaciones terapéuticas y biotecnológicas de aminopeptidasas microbianas específicas de sustrato" . Microbiología Aplicada y Biotecnología . 104 (12): 5243– 5257. doi : 10.1007/s00253-020-10641-9 . ISSN 0175-7598 . PMC 7186005. PMID 32342144 .   
  13. 1 2 3 Gonzales, Thierry; Robert-Baudouy, Janine (julio de 1996). "Aminopeptidasas bacterianas: propiedades y funciones". FEMS Microbiology Reviews . 18 (4): 319– 344. doi : 10.1111/j.1574-6976.1996.tb00247.x . ISSN 0168-6445 . PMID 8703509 .  
  14. 1 2 Nampoothiri, KM; Nagy, V.; Kovacs, K.; Szakacs, G.; Pandey, A. (diciembre de 2005). "Producción de l-leucina aminopeptidasa por hongos filamentosos Aspergillus". Letters in Applied Microbiology . 41 (6): 498– 504. doi : 10.1111/j.1472-765x.2005.01789.x . ISSN 0266-8254 . PMID 16305677 .  
  15. 1 2 3 Wang, Yawei; Zhao, Puying; Zhou, Ying; Hu, Xiaomin; Xiong, Hairong (2023-01-10). "De amargo a delicioso: propiedades y usos de las aminopeptidasas microbianas". World Journal of Microbiology and Biotechnology . 39 (3): 72. doi : 10.1007/s11274-022-03501-3 . ISSN 0959-3993 . PMID 36625962 .  
  16. ↑ Adam Salifou; Christian Tétédé Rodrigue Konfo; Alexandrine Bokossa; Nicodème Worou Chabi; Fidèle Paul Tchobo; Mohamed Mansourou Soumanou (30 de noviembre de 2023). "Enfoques innovadores en el procesamiento de alimentos: mejora de la calidad, la conservación y la seguridad mediante tecnologías avanzadas: una revisión" . World Journal of Advanced Research and Reviews . 20 (2): 637– 648. doi : 10.30574/wjarr.2023.20.2.2297 . ISSN 2581-9615 . 
  17. ↑ Setyorini, Endang; Kim, Young-Ju; Takenaka, Shinji; Murakami, Shuichiro; Aoki, Kenji (17 de julio de 2006). "Purificación y caracterización de una proteasa intracelular halotolerante de la cepa FP-133 de Bacillus subtilis " . Journal of Basic Microbiology . 46 (4): 294–304 . doi : 10.1002/jobm.200510086 . ISSN 0233-111X . PMID 16847833 .