Urato oxidasa

La enzima urato oxidasa ( UO ), también conocida como uricasa o urato hidroxilasa independiente de factores , se encuentra en casi todas las especies, desde bacterias hasta mamíferos, pero no se expresa en humanos, grandes simios y ciertos monos del Nuevo Mundo , en los que existe como un pseudogén . Cataliza la oxidación del ácido úrico a 5-hidroxiisourato : ^{[ 4 ]}

_Ácido úrico + _O₂ + _H₂O → 5 - _{hidroxiisourato} + H₂O₂

5-hidroxiisourato + H₂O _→ 2-oxo-4-hidroxi-4-carboxi-5-ureidoimidazolina

2-oxo-4-hidroxi-4-carboxi-5-ureidoimidazolina → alantoína + _CO₂

La urato oxidasa se encuentra en casi todos los organismos, desde bacterias hasta mamíferos , pero es un pseudogén en humanos, grandes simios y ciertos monos del Nuevo Mundo , habiéndose perdido durante la evolución de los primates . ^{[ 5 ]} Esto significa que, en lugar de producir alantoína como producto final de la oxidación de purinas , la vía termina con ácido úrico. Esto da lugar a que los humanos y muchos primates tengan niveles de urato en sangre mucho más elevados y variables que la mayoría de los demás mamíferos. ^{[ 6 ]}

La urato oxidasa es un ejemplo notable de la existencia de enzimas isofuncionales no homólogas , proteínas con un origen evolutivo independiente que catalizan la misma reacción química .

Además de la urato oxidasa (UOX), que carece de cofactor y se encuentra en los tres dominios de la vida, se conocen otras proteínas bacterianas que catalizan la misma reacción sin estar relacionadas evolutivamente con la UOX. Se trata de dos oxidasas diferentes (denominadas HpxO y HpyO) que utilizan FAD y NAD+ como cofactores , y una proteína de membrana integral (denominada PuuD) que contiene, además, un dominio de proteína citocromo c . ^{[ 7 ]}

La urato oxidasa se localiza principalmente en el hígado, donde forma un gran núcleo paracristalino electrodenso en muchos peroxisomas . ^{[ 8 ]}

La enzima existe como un tetrámero de subunidades idénticas, cada una de las cuales contiene un posible sitio de unión al cobre de tipo 2. ^{[ 5 ]}

La urato oxidasa es una enzima homotetramérica que contiene cuatro sitios activos idénticos situados en las interfaces entre sus cuatro subunidades. La UO de A. flavus está compuesta por 301 residuos y tiene un peso molecular de 33438 daltons . Es única entre las oxidasas , ya que no requiere un átomo metálico ni un cofactor orgánico para la catálisis . El análisis de secuencias de varios organismos ha determinado que existen 24 aminoácidos conservados, de los cuales 15 participan en el sitio activo.

La urato oxidasa es la primera enzima en una vía de tres enzimas que convierte el ácido úrico en S-(+)-alantoína. Después de que el ácido úrico se convierte en 5-hidroxiisourato por acción de la urato oxidasa, el 5-hidroxiisourato (HIU) se convierte en 2-oxo-4-hidroxi-4-carboxi-5-ureidoimidazolina (OHCU) por acción de la HIU hidrolasa , y luego en S-(+)-alantoína por acción de la 2-oxo-4-hidroxi-4-carboxi-5-ureidoimidazolina descarboxilasa (OHCU descarboxilasa). Sin la HIU hidrolasa y la OHCU descarboxilasa, el HIU se descompone espontáneamente en alantoína racémica . ^{[ 9 ]}

El sitio activo se une al ácido úrico (y sus análogos), lo que le permite interactuar con O₂ _. [ ^{10 ] 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, con Arg 176 y Gln 228. ^{[ 11 ]} El oxígeno acepta dos electrones del dianión urato, a través de una secuencia de transferencias de un electrón, produciendo finalmente peróxido de hidrógeno y el sustrato deshidrogenado. El deshidrourato añade agua (se hidrata) para producir 5-hidroxiisourato. ^{[ 12 ]}

Se sabe que la urato oxidasa es inhibida tanto por iones cianuro como por iones cloruro . La inhibición implica interacciones anión-π entre el inhibidor y el sustrato de ácido úrico. ^{[ 13 ]}

Genéticamente, la pérdida de la función de la urato oxidasa en humanos fue causada por dos mutaciones sin sentido en los codones 33 y 187 y un sitio de empalme aberrante. ^{[ 14 ]}

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 potente antioxidante y eliminador de oxígeno singlete y radicales libres . Su presencia proporciona al organismo protección contra el daño oxidativo , prolongando así la vida y disminuyendo las tasas de cáncer específicas para la edad. ^{[ 15 ]}

Sin embargo, el ácido úrico desempeña un papel fisiológico complejo en varios procesos, incluyendo la inflamación y la señalización de peligro, ^{[ 16 ]} y las dietas modernas ricas en purinas pueden provocar hiperuricemia , que está relacionada con muchas enfermedades, incluyendo un mayor riesgo de desarrollar gota . ^{[ 6 ]}

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 (SLT), que ocurre cuando la destrucción de las células tumorales por la quimioterapia libera ácido úrico y causa 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 SLT podrían beneficiarse de la administración de urato oxidasa. ^{[ 17 ]} Sin embargo, los humanos carecen de la enzima HIU hidroxilasa en la vía de degradación del ácido úrico a alantoína, por lo que la terapia prolongada con urato oxidasa podría tener efectos potencialmente dañinos debido a los efectos tóxicos de la HIU. ^{[ 18 ]}

Los niveles elevados 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 cerebral y la susceptibilidad a las convulsiones. ^{[ 19 ]}

La enfermedad de injerto contra huésped (EICH) suele ser un efecto secundario del trasplante alogénico de células madre hematopoyéticas (TCMH), causada por la destrucción del tejido del receptor por parte de las células T del donante . Se ha demostrado que el ácido úrico aumenta la respuesta de las células T, por lo que los ensayos clínicos han demostrado que la urato oxidasa puede administrarse para disminuir los niveles de ácido úrico en el paciente y, posteriormente, reducir la probabilidad de EICH. ^{[ 20 ]}

La urato oxidasa se formula como un fármaco proteico ( rasburicasa ) para el tratamiento de la hiperuricemia aguda en pacientes sometidos a quimioterapia . Una forma pegilada de urato oxidasa, la pegloticasa , fue aprobada por la FDA en 2010 para el tratamiento de la gota crónica en pacientes adultos refractarios a la "terapia convencional". ^{[ 21 ]}

La UO es también una enzima esencial en la vía de los ureídos, donde se produce la fijación de nitrógeno en los nódulos radiculares de las leguminosas . 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 leguminosas se encuentran dos formas de uricasa: en las raíces, la forma tetramérica; y, en las células no infectadas de los nódulos radiculares, una forma monomérica, que desempeña un papel importante en la fijación de nitrógeno. ^{[ 22 ]}

• 5-hidroxiisourato hidrolasa
• 2-oxo-4-hidroxi-4-carboxi-5-ureidoimidazolina descarboxilasa