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Transglutaminasa

Las transglutaminasas son enzimas que en la naturaleza catalizan principalmente la formación de un enlace isopeptídico entre los grupos γ- carboxamida ( -(C=O)NH 2 ) de las ...

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Las transglutaminasas son enzimas que en la naturaleza catalizan principalmente la formación de un enlace isopeptídico entre los grupos γ- carboxamida (  -(C=O)NH 2  ) de las cadenas laterales de los residuos de glutamina y los grupos ε-amino ( -NH 2 ) de las cadenas laterales de los residuos de lisina con la consiguiente liberación de amoníaco ( NH 3 ). Los residuos de lisina y glutamina deben estar unidos a un péptido o una proteína para que pueda ocurrir esta reacción de entrecruzamiento (entre moléculas separadas) o intramolecular (dentro de la misma molécula). [ 1 ] Los enlaces formados por la transglutaminasa presentan una alta resistencia a la degradación proteolítica ( proteólisis ). [ 2 ] La reacción es [ 1 ]  

Gln-(C=O)NH 2 + NH 2 -Lys → Gln-(C=O)NH-Lys + NH 3

Las transglutaminasas también pueden unir una amina primaria (  RNH2 ) al grupo carboxiamida de la cadena lateral de un residuo de glutamina unido a una proteína/péptido, formando así un enlace isopeptídico [ 1 ] . 

Gln-(C=O)NH 2 + RNH 2 → Gln-(C=O)NHR + NH 3

Estas enzimas también pueden desamidar los residuos de glutamina a residuos de ácido glutámico en presencia de agua [ 1 ].

Gln-(C=O)NH 2 + H 2 O → Gln-COOH + NH 3

La transglutaminasa aislada de la bacteria Streptomyces mobaraensis , por ejemplo, es una enzima independiente del calcio . Las transglutaminasas de mamíferos , entre otras, requieren iones Ca²⁺ como cofactor . [ 1 ]

Las transglutaminasas se describieron por primera vez en 1959. [ 3 ] La actividad bioquímica exacta de las transglutaminasas se descubrió en el factor XIII de la proteína de coagulación sanguínea en 1968. [ 4 ]

Ejemplos

Mecanismo de reacción de la tTG
La reacción superior muestra cómo una transaminasa se combina con un residuo de glutamina , liberando amoníaco , y luego la combinación reacciona con el grupo amino de un residuo de lisina de otra proteína, liberando nuevamente la enzima.

Se han caracterizado nueve transglutaminasas en humanos, [ 5 ] ocho de las cuales catalizan reacciones de transamidación . Estas TGases tienen una organización de tres o cuatro dominios, con dominios similares a inmunoglobulinas que rodean el dominio catalítico central. El dominio central pertenece a la superfamilia de proteasas tipo papaína (clan CA) y utiliza una tríada catalítica Cys-His-Asp . [ 2 ] La proteína 4.2 , también conocida como banda 4.2, es un miembro catalíticamente inactivo de la familia de transglutaminasas humanas que tiene una sustitución de Cys por Ala en la tríada catalítica. [ 6 ]

Las transglutaminasas bacterianas son proteínas de dominio único con un núcleo plegado de forma similar. La transglutaminasa presente en algunas bacterias se encuentra en una díada Cys-Asp. [ 8 ]

Función biológica

Las transglutaminasas forman polímeros proteicos reticulados extensamente y generalmente insolubles. Estos polímeros biológicos son indispensables para que un organismo cree barreras y estructuras estables. Ejemplos de ello son los coágulos sanguíneos ( factor XIII de la coagulación ), la piel y el cabello . La reacción catalítica se considera generalmente irreversible y debe ser monitoreada rigurosamente mediante extensos mecanismos de control. [ 2 ]

Papel en la enfermedad

La deficiencia del factor XIII (una afección genética rara) predispone a la hemorragia ; se puede utilizar una enzima concentrada para corregir la anomalía y reducir el riesgo de sangrado. [ 2 ]

Los anticuerpos antitransglutaminasa se encuentran en la enfermedad celíaca y pueden desempeñar un papel en el daño del intestino delgado en respuesta a la gliadina dietética que caracteriza esta afección. [ 2 ] En la dermatitis herpetiforme , una afección relacionada en la que a menudo se encuentran cambios en el intestino delgado y que responde a la exclusión dietética de productos de trigo que contienen gliadina, la transglutaminasa epidérmica es el autoantígeno predominante. [ 9 ]

Investigaciones recientes indican que quienes padecen enfermedades neurológicas como la enfermedad de Huntington [ 10 ] y la enfermedad de Parkinson [ 11 ] pueden presentar niveles inusualmente altos de un tipo de transglutaminasa, la transglutaminasa tisular . Se postula que la transglutaminasa tisular podría estar implicada en la formación de los agregados proteicos que causan la enfermedad de Huntington, aunque probablemente no sea necesaria. [ 2 ] [ 12 ]

Las mutaciones en la transglutaminasa de los queratinocitos están implicadas en la ictiosis lamelar .

Estudios estructurales

A finales de 2007, se habían resuelto 19 estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso PDB PDB : 1EVU ​,PDB : 1EX0 ​,PDB : 1F13 ​,PDB : 1FIE ​,PDB : 1G0D ​,PDB : 1GGT ​,PDB : 1GGU ​,PDB : 1GGY ​,PDB : 1IU4 ​,PDB : 1KV3 ​,PDB : 1L9M ​,PDB : 1L9N ​,PDB : 1NUD ​,PDB : 1NUF ​,PDB : 1NUG ​,PDB : 1QRK ​,PDB : 1RLE ​,PDB : 1SGX​ yPDB : 1VJJ ​.

Aplicaciones industriales y culinarias

Tres filetes de bistró unidos con transglutaminasa, un "pegamento para carne". Se dejarán reposar durante la noche antes de desenvolverlos, cortarlos en porciones, cocinarlos y servirlos.
Terrina de pollo tratada con transglutaminasa .

En el procesamiento comercial de alimentos, la transglutaminasa se utiliza para unir proteínas . Algunos ejemplos de alimentos elaborados con transglutaminasa son la carne de cangrejo de imitación y las albóndigas de pescado . Se produce mediante la fermentación de Streptomyces mobaraensis en cantidades comerciales ( P81453 ) o se extrae de la sangre animal [ 13 ] , y se utiliza en diversos procesos, incluida la producción de productos cárnicos y pesqueros procesados .

La transglutaminasa puede utilizarse como agente aglutinante para mejorar la textura de alimentos ricos en proteínas como el surimi o el jamón . [ 14 ]

La trombina , fibrinógeno , "pegamento de carne" de origen bovino y porcino, fue prohibida en toda la Unión Europea como aditivo alimentario en 2010. [ 15 ] La transglutaminasa sigue permitida y no es necesario declararla, ya que se considera una ayuda tecnológica y no un aditivo que permanece presente en el producto final.

Gastronomía molecular

La transglutaminasa también se utiliza en la gastronomía molecular para combinar nuevas texturas con sabores ya existentes. Además de estos usos convencionales, la transglutaminasa se ha empleado para crear algunos platos inusuales. Se le atribuye al chef británico Heston Blumenthal la introducción de la transglutaminasa en la cocina moderna.

Wylie Dufresne , chef del restaurante vanguardista wd~50 de Nueva York , conoció la transglutaminasa gracias a Blumenthal e inventó una " pasta " hecha con más del 95 % de camarones gracias a la transglutaminasa. [ 16 ]

Sinónimos

  • proteína-glutamina gamma-glutamiltransferasa (sistemática)
  • fibrinoligasa
  • gamma-glutamiltransferasa de glutaminilpéptido
  • proteína-glutamina:amina gamma-glutamiltransferasa
  • R-glutaminil-péptido:amina gamma-glutamil transferasa

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 DeJong GA, Koppelman SJ (2002). "Reacciones catalizadas por transglutaminasa: impacto en las aplicaciones alimentarias". Journal of Food Science . 67 (8): 2798– 2806. doi : 10.1111/j.1365-2621.2002.tb08819.x .
  2. 1 2 3 4 5 6 Griffin M, Casadio R, Bergamini CM (diciembre de 2002). "Transglutaminasas: pegamentos biológicos de la naturaleza" . The Biochemical Journal . 368 (Pt 2): 377–96 . doi : 10.1042/BJ20021234 . PMC 1223021. PMID 12366374 .  
  3. ↑ Clarke DD, Mycek MJ, Neidle A, Waelsch H (1959). "La incorporación de aminas en las proteínas". Arch Biochem Biophys . 79 : 338–354 . doi : 10.1016/0003-9861(59)90413-8 .
  4. ↑ Pisano JJ, Finlayson JS, Peyton MP (mayo de 1968). "[Enlace cruzado en fibrina polimerizada por factor 13: épsilon-(gamma-glutamil)lisina]". Science . 160 (3830): 892– 3. Bibcode : 1968Sci...160..892P . doi : 10.1126/science.160.3830.892 . PMID 4967475 . S2CID 95459438 .  
  5. ↑ Grenard P, Bates MK, Aeschlimann D (agosto de 2001). "Evolución de los genes de transglutaminasa: identificación de un grupo de genes de transglutaminasa en el cromosoma humano 15q15. Estructura del gen que codifica la transglutaminasa X y un nuevo miembro de la familia de genes, la transglutaminasa Z" . The Journal of Biological Chemistry . 276 (35): 33066–78 . doi : 10.1074/jbc.M102553200 . PMID 11390390 . 
  6. ↑ Eckert RL, Kaartinen MT, Nurminskaya M, Belkin AM, Colak G, Johnson GV, Mehta K (abril de 2014). "Regulación de la función celular por la transglutaminasa" . Physiological Reviews . 94 (2): 383– 417. doi : 10.1152/physrev.00019.2013 . PMC 4044299. PMID 24692352 .  
  7. ↑ Aeschlimann D, Koeller MK, Allen-Hoffmann BL, Mosher DF (febrero de 1998). "Aislamiento de un ADNc que codifica un nuevo miembro de la familia de genes de la transglutaminasa a partir de queratinocitos humanos. Detección e identificación de productos de genes de transglutaminasa basados ​​en la reacción en cadena de la polimerasa con transcripción inversa utilizando cebadores degenerados" . The Journal of Biological Chemistry . 273 (6): 3452– 60. doi : 10.1074/jbc.273.6.3452 . PMID 9452468 . 
  8. ↑ Kashiwagi T, Yokoyama K, Ishikawa K, Ono K, Ejima D, Matsui H, Suzuki E (noviembre de 2002). "Estructura cristalina de la transglutaminasa microbiana de Streptoverticillium mobaraense" . The Journal of Biological Chemistry . 277 (46): 44252–60 . doi : 10.1074/jbc.M203933200 . PMID 12221081 . 
  9. ↑ Sárdy M, Kárpáti S, Merkl B, Paulsson M, Smyth N (marzo de 2002). "La transglutaminasa epidérmica (TGasa 3) es el autoantígeno de la dermatitis herpetiforme" . The Journal of Experimental Medicine . 195 (6): 747– 57. doi : 10.1084/jem.20011299 . PMC 2193738. PMID 11901200 .  
  10. ↑ Karpuj MV, Becher MW, Steinman L (enero de 2002). "Evidencia de un papel para la transglutaminasa en la enfermedad de Huntington y las posibles implicaciones terapéuticas". Neurochemistry International . 40 (1): 31– 6. doi : 10.1016/S0197-0186(01)00060-2 . PMID 11738470. S2CID 40198925 .  
  11. ^ Vermes I, Steur EN, Jirikowski GF, Haanen C (octubre de 2004). "La concentración elevada de transglutaminasa tisular del líquido cefalorraquídeo en la enfermedad de Parkinson indica apoptosis" . Trastornos del movimiento . 19 (10): 1252– 4. doi : 10.1002/mds.20197 . PMID 15368613 . S2CID 102503 .  
  12. ↑ Lesort M, Chun W, Tucholski J, Johnson GV (enero de 2002). "¿La transglutaminasa tisular desempeña un papel en la enfermedad de Huntington?". Neurochemistry International . 40 (1): 37– 52. doi : 10.1016/S0197-0186(01)00059-6 . PMID 11738471. S2CID 7983848 .  
  13. ↑ Köhler W (22 de agosto de 2008). "Gelijmde slavink" (en holandés). NRC Handelsblad . Archivado desde el original el 20 de febrero de 2009 . Consultado el 6 de julio de 2024 .
  14. ↑ Yokoyama K, Nio N, Kikuchi Y (mayo de 2004). " Propiedades y aplicaciones de la transglutaminasa microbiana". Microbiología Aplicada y Biotecnología . 64 (4): 447– 54. doi : 10.1007/s00253-003-1539-5 . PMID 14740191. S2CID 19068193 .  
  15. ↑ "La UE prohíbe el 'pegamento para carne' - Noticias sobre seguridad alimentaria" . foodsafetynews.com . 24 de mayo de 2010. Archivado del original el 5 de abril de 2018. Consultado el 6 de mayo de 2018 .
  16. ↑ Jon B (11 de febrero de 2005). "Fideos reinventados" . NBC News . Consultado el 2 de abril de 2008 .

Lecturas adicionales

  • Akbari, et  al. (2021). "Avances recientes en la biosíntesis de transglutaminasa microbiana y su aplicación en la industria alimentaria" . Trends in Food Science & Technology . doi : 10.1016/j.idairyj.2023.105701 . Consultado el 31 de agosto de 2023 .
  • Fesus L, Hitomi K, Kojima S (2015). Transglutaminasas: Múltiples modificadores funcionales y dianas para el descubrimiento de nuevos fármacos . Springer Japan. ISBN 978-4-431-55823-1.
  • Nuijens T, Schmidt M (2019). Métodos de ligación mediada por enzimas . Humana, Nueva York, NY. ISBN 978-1-4939-9545-5.
  • Kuddus M (2018). Enzimas en la tecnología alimentaria  : mejoras e innovaciones . Springer, Singapur. ISBN 978-981-13-1932-7.
  • Kelleher JB (11 de mayo de 2012). "La industria defiende el ingrediente que los críticos tachan de "pegamento para carne""." . Chicago Tribune . Consultado el 20 de julio de 2012 .
  • Marhons, et  al. (2023). "Propiedades del yogur tratado con transglutaminasa microbiana y exopolisacáridos" . International Dairy Journal . 144 105701. doi : 10.1016/j.idairyj.2023.105701 . Consultado el 31 de agosto de 2023 .
  • Patente estadounidense 5,156,956 : una transglutaminasa que cataliza una reacción de transferencia de acilo de un grupo Γ-carboxiamida de un residuo de glutamina en una cadena peptídica o proteica en ausencia de Ca 2+.