Pectinesterasa

La pectinesterasa (EC 3.1.1.11; nombre sistemático pectina pectilhidrolasa ) es una enzima ubicua asociada a la pared celular que presenta varias isoformas que facilitan la modificación de la pared celular vegetal y su posterior degradación. Cataliza la siguiente reacción:

pectina + n H₂O = n _metanol + pectato

Se encuentra en todas las plantas superiores, así como en algunas bacterias y hongos . La pectinesterasa actúa principalmente alterando el pH localizado de la pared celular, lo que provoca alteraciones en su integridad.

La pectinesterasa cataliza la desesterificación de la pectina en pectato y metanol . La pectina es uno de los componentes principales de la pared celular vegetal. En las plantas, la pectinesterasa desempeña un papel importante en el metabolismo de la pared celular durante la maduración del fruto. En patógenos bacterianos de plantas como Erwinia carotovora y en patógenos fúngicos como Aspergillus niger , la pectinesterasa está implicada en la maceración y la pudrición blanda del tejido vegetal. Las pectinesterasas vegetales están reguladas por inhibidores de la pectinesterasa, que son ineficaces contra las enzimas microbianas. ^{[ 2 ]}

Estudios recientes han demostrado que la manipulación de la expresión de la pectinesterasa puede influir en numerosos procesos fisiológicos. En las plantas, la pectinesterasa participa en la modulación de la estabilidad mecánica de la pared celular durante la maduración del fruto , la extensión de la pared celular durante la germinación del polen y el crecimiento del tubo polínico , la abscisión , la elongación del tallo, el rendimiento de los tubérculos y el desarrollo de las raíces. También se ha demostrado que la pectinesterasa interviene en la respuesta de las plantas al ataque de patógenos . Una pectinesterasa asociada a la pared celular de Nicotiana tabacum participa en el reconocimiento del receptor de la célula huésped para la proteína de movimiento del virus del mosaico del tabaco , y se ha demostrado que esta interacción es necesaria para la translocación célula a célula del virus.

La acción de la pectinesterasa sobre los componentes de la pared celular vegetal puede producir dos efectos diametralmente opuestos. El primero consiste en contribuir al endurecimiento de la pared celular mediante la formación de bloques de grupos carboxilo no esterificados que pueden interactuar con iones de calcio , formando un gel de pectato. El segundo consiste en que la liberación de protones puede estimular la actividad de las hidrolasas de la pared celular , contribuyendo a su relajación.

Las pectinas constituyen aproximadamente el 35% del peso seco de las paredes celulares de las dicotiledóneas . Se polimerizan en el Golgi cis , se metilesterifican en el Golgi medial y se sustituyen con cadenas laterales en las cisternas del Golgi trans. La bioquímica de la pectina puede ser bastante compleja, pero en resumen, su estructura básica comprende tres tipos de polímeros: homogalacturonano (HGA), ramnogalacturonano I (RGI) y ramnogalacturonano II (RGII).

El homogalacturonano se metilesterifica en gran medida al ser exportado a las paredes celulares y posteriormente se desesterifica por la acción de la pectinesterasa y otras enzimas pécticas. La pectinesterasa cataliza la desesterificación de las unidades de ácido D-galactosidurónico metilesterificado en los compuestos pécticos, generando sustratos para las enzimas despolimerizadoras, en particular las pectinas ácidas y el metanol .

La mayoría de las pectinesterasas vegetales purificadas tienen puntos isoeléctricos neutros o alcalinos y se unen a la pared celular mediante interacciones electrostáticas . Sin embargo, las pectinesterasas pueden presentar puntos isoeléctricos ácidos, detectados en fracciones solubles de tejidos vegetales. Hasta hace poco, se asumía generalmente que las pectinesterasas vegetales eliminaban ésteres metílicos de forma progresiva, generando largas secuencias contiguas de residuos de GalA no esterificados en los dominios de homogalacturonano de la pectina . Alternativamente, se pensaba que las pectinesterasas fúngicas tenían una actividad aleatoria que resultaba en la desesterificación de residuos individuales de GalA por interacción enzima/sustrato. Ahora se ha demostrado que algunas isoformas de pectinesterasa vegetal pueden presentar ambos mecanismos y que estos mecanismos están impulsados ​​por alteraciones en el pH . El pH óptimo de las plantas superiores suele estar entre pH 7 y pH 8, aunque el pH de la pectinesterasa de hongos y bacterias suele ser mucho menor.

Las proteínas PE se sintetizan como preproteínas de 540 a 580 aminoácidos que poseen una secuencia señal y una gran extensión amino-terminal de aproximadamente 22 kDa . Esta extensión terminal se elimina posteriormente para dar lugar a una proteína madura de 34 a 37 kDa. La mayoría de las PE carecen de secuencias consenso para la N-glicosilación en la proteína madura, aunque al menos un sitio está presente en la región de la extensión amino-terminal.

La regulación espacial y temporal de la actividad de la pectinesterasa durante el desarrollo vegetal se basa en una gran familia de isoformas. Recientemente, la secuenciación sistemática del genoma de Arabidopsis thaliana ha permitido identificar 66 marcos de lectura abiertos anotados como pectinesterasas, la mayoría de los cuales están codificados como grandes pre-proproteínas. La región pre- péptido señal es necesaria para dirigir la enzima al retículo endoplasmático y consta de aproximadamente 25 residuos de aminoácidos. Estas regiones N-terminales contienen varios sitios de glicosilación y se cree que estos sitios también desempeñan un papel en la localización.

Se cree que la pectinesterasa se secreta al apoplasma junto con pectina altamente metilada, aunque en algún punto de esta vía secretora se escinde el propéptido N-terminal. Actualmente, se desconoce la función de la región pro, si bien se ha planteado la hipótesis de que podría actuar como una chaperona intramolecular, asegurando el correcto plegamiento o desactivando la actividad hasta que se complete la inserción de PE en la pared celular.

Recientemente, se ha prestado especial atención a los estudios moleculares de la pectinesterasa, lo que ha permitido caracterizar varias isoformas relacionadas en diversas especies de plantas superiores. Se ha demostrado que algunas de estas pectinesterasas se expresan de forma ubicua, mientras que otras se expresan específicamente durante la maduración del fruto, la germinación del grano de polen o la elongación del tallo. Estos datos sugieren que las pectinesterasas están codificadas por una familia de genes cuya regulación es diferencial en cada tipo celular, en respuesta a señales ambientales o del desarrollo específicas.

En plantas dicotiledóneas se han identificado varias isoformas de pectinesterasa que difieren en peso molecular , punto isoeléctrico y actividad bioquímica . Estas isoformas están codificadas por una familia de genes, algunos de los cuales se expresan constitutivamente en toda la planta, mientras que otros se expresan diferencialmente en tejidos específicos y en distintas etapas de desarrollo. Las isoformas de pectinesterasa difieren en diversos parámetros bioquímicos, como la masa molecular relativa, el punto isoeléctrico, el pH óptimo, la afinidad por el sustrato, el requerimiento iónico y la localización.

Los propéptidos N-terminales de la pectinesterasa son variables en tamaño y secuencia y muestran un bajo nivel de identidad de aminoácidos. Por otro lado, la región catalítica C-terminal está altamente conservada y constituye la enzima madura. La primera estructura tridimensional resuelta para una pectinesterasa vegetal fue para una isoforma de la raíz de zanahoria ( Daucus carota ) y consiste en una hélice β paralela dextrógira como se observa en toda la familia de carbohidrato esterasas CE-8, un dominio transmembrana y una hendidura de unión a pectina. ^{[ 3 ]} De manera similar, se han dilucidado varias estructuras de pectinesterasa en hongos y E. coli y comparten la mayoría de los motivos estructurales observados en plantas.

Las pectinesterasas procariotas y eucariotas comparten algunas regiones de similitud de secuencia. La estructura cristalina de la pectinesterasa de Erwinia chrysanthemi reveló una estructura de hélice beta similar a la que se encuentra en las enzimas pectinolíticas, aunque difiere de la mayoría de las estructuras de las esterasas. ^{[ 4 ]} Los supuestos residuos catalíticos se encuentran en una ubicación similar a la del sitio activo y la hendidura de unión al sustrato de la pectato liasa.

• pectinesterasa en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.