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Articulo de referencia

Poligalacturonasa

{{cite journal | vauthors = Cho SW, Lee S, Shin W | title = The X-ray structure of ''Aspergillus aculeatus'' polygalacturonase and a modeled structure of the polygalacturonase-o...

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La endo-poligalacturonasa ( EC 3.2.1.15 , pectina despolimerasa, pectolasa, pectina hidrolasa y poli-α-1,4-galacturonido glicanohidrolasa ; nombre sistemático (1→4)-α- D -galacturonano glicanohidrolasa (endo-escisión) ) es una enzima que hidroliza los enlaces glucosídicos α-1,4 entre residuos de ácido galacturónico :

(1,4-α- D -galacturonosilo) n + m + H 2 O = (1,4-α -D -galacturonosilo) n + (1,4-α -D -galacturonosilo) m

El poligalacturonano, cuyo componente principal es el ácido galacturónico, [ 2 ] es un componente carbohidrato importante de la red de pectina que conforma las paredes celulares de las plantas . [ 3 ] Por lo tanto, la actividad de los poligalacturonanos endógenos de las plantas contribuye a ablandar y endulzar la fruta durante el proceso de maduración. De manera similar, los fitopatógenos utilizan los poligalacturonanos para debilitar la red de pectina, permitiendo así que las enzimas digestivas se liberen en la planta huésped para obtener nutrientes.

Estructura

Las múltiples láminas β paralelas de esta enzima forman una estructura helicoidal denominada hélice β . Esta estructura altamente estable, gracias a los numerosos enlaces de hidrógeno y disulfuro entre las cadenas, es una característica común de las enzimas implicadas en la degradación de la pectina. [ 4 ] El interior de la hélice β es hidrofóbico . [ 1 ]

Imagen de la poligalacturonasa de Fusarium moniliforme (1HG8) que muestra el sitio activo en magenta [ 5 ].

La cristalografía de rayos X se ha utilizado para determinar la estructura tridimensional de varios PG en diferentes organismos. Se han cristalizado los PG fúngicos de Colletotrichum lupini , [ 6 ] Aspergillus aculeatus , [ 1 ] y Aspergillus niger (PG1 [ 7 ] y PG2 [ 8 ] ). También se han cristalizado los PG de bacterias como Erwinia carotovora [ 9 ] y Bacillus subtilis [ 4 ] .

El sitio activo de la PG de Fusarium moniliforme comprende seis residuos de aminoácidos cargados : H188, R267 y K269 participan en la unión del sustrato , D212 (un ácido general) es responsable de la donación de protones al oxígeno glicosídico, y D213 y D191 activan el H2O para un ataque nucleofílico . [ 5 ]

Mecanismo

La poligalacturonasa es una pectinasa , una enzima que degrada la pectina hidrolizando los enlaces O- glicosídicos en la red de poligalacturonano de la pectina, lo que da como resultado residuos α-1,4-poligalacturónicos. [ 10 ] La velocidad de hidrólisis depende de la longitud de la cadena del polisacárido . Las velocidades bajas de hidrólisis se asocian con cadenas muy cortas (por ejemplo, ácido digalacturónico) y cadenas muy largas. [ 11 ]

Mecanismo de la poligalacturonasa: hidrólisis del poligalacturonano. [ 10 ]

Exo- vs Endo-poligalacturonasas

Las exo- y endo-poligalacturonasas utilizan diferentes modos de acción hidrolítica. Las endo-poligalacturonasas hidrolizan de forma aleatoria a lo largo de la red de poligalacturonano. Este método da como resultado oligogalacturónidos. [ 12 ] Las exo-poligalacturonasas hidrolizan en el extremo no reductor del polímero, generando un monosacárido, el ácido galacturónico . Ocasionalmente, los organismos emplean ambos métodos. Además de los diferentes modos de acción, el polimorfismo de las poligalacturonasas permite que las poligalacturonasas fúngicas degraden de forma más eficaz una gama más amplia de tejidos vegetales. La variedad de PG en cuanto a pH óptimo , especificidad de sustrato y otros factores probablemente sea útil para organismos fitopatógenos como los hongos . [ 4 ]

Relevancia agrícola

Debido a la aplicabilidad de la actividad de esta enzima en la productividad agrícola y el éxito comercial, gran parte de la investigación sobre las PG se ha centrado en el papel de las PG en el proceso de maduración de la fruta, el polen y la abscisión .

La pectina es uno de los tres polisacáridos presentes en la pared celular vegetal y desempeña un papel en el mantenimiento de la barrera entre el ambiente interno y externo, además de proporcionar resistencia a las paredes celulares vegetales. [ 13 ] Específicamente, la pectina en la lámina media mantiene unidas las células vecinas. [ 14 ]

Maduración de la fruta

El primer alimento transgénico disponible en tiendas fue un tomate modificado genéticamente (también conocido como Flavr Savr ) que tenía una vida útil más larga y era ideal para el transporte. Su maduración retardada se logró impidiendo que la poligalacturonasa destruyera la pectina, que es lo que hace que los tomates sean firmes. Se introdujo un gen PG antisentido , impidiendo que la poligalacturonasa madurara y ablandara el tomate. [ 15 ] Aunque se ha demostrado que este método reduce la actividad enzimática de PG entre un 70 y un 90 %, el ARN antisentido de PG no impidió el desarrollo normal del color. [ 16 ]

La despolimerización de la pectina está muy involucrada en las últimas etapas de la maduración de la fruta, especialmente cuando la fruta se vuelve sobremadura. [ 17 ] Si bien los tomates son el principal ejemplo de alta actividad de PG, esta enzima también es muy activa en la maduración del aguacate y el durazno. Las enzimas PG en el durazno, dos exo-PG y una endo-PG, se activan cuando la fruta ya está blanda. [ 18 ] Frutas como el caqui pueden carecer de enzimas PG o tener niveles muy bajos de PG y, por lo tanto, aún no se han detectado. En estos casos, otras enzimas pueden catalizar el proceso de maduración.

Polen

Las exo-PG desempeñan un papel en la elongación del tubo polínico, ya que la reorganización de la pectina es necesaria para su crecimiento . Esta actividad de PG se ha encontrado en gramíneas como el maíz , así como en árboles, particularmente en el álamo oriental . [ 19 ] Las exo-PG involucradas en el crecimiento del tubo polínico necesitan Ca2 + para una actividad enzimática máxima y pueden ser inhibidas por altas concentraciones de NaCl , citrato y EDTA . [ 11 ]

Zonas de abscisión

No está del todo claro si las PG desempeñan un papel en la facilitación de la abscisión en ciertas plantas, y, de ser así, si actúan de forma exo o endo. Se han publicado investigaciones contradictorias sobre, por ejemplo, si las PG participan en la abscisión de los cítricos. Un problema particular ha sido el uso de ensayos que no permiten medir la actividad de las exo-PG. [ 20 ] Otra complicación es la diferencia en la actividad enzimática de las PG entre las zonas de separación celular del fruto y la hoja. En el melocotón, la actividad de las PG solo se detectó en las zonas de abscisión del fruto. [ 21 ]

Otro

Las plagas agrícolas como Lygus hesperus dañan el algodón y otros cultivos porque secretan PG en su saliva que digieren el tejido vegetal. Utilizan tanto exo-PG como endo-PG. [ 22 ]

Inhibición

Proteína inhibidora de la poligalacturonasa encontrada en Phaseolus vulgaris (1OGQ). Los residuos que interactúan con el sitio activo de PG están resaltados en azul. [ 23 ]

Los hongos fitopatógenos exponen las paredes celulares de las plantas a enzimas degradadoras de la pared celular (CWDE), como las PG. [ 4 ] En respuesta, la mayoría de las plantas poseen proteínas inhibidoras naturales que ralentizan la actividad hidrolítica de las PG. Estos inhibidores también promueven la acumulación de oligogalacturónidos de cadena larga para fomentar un mecanismo de defensa contra el ataque. [ 4 ] Las proteínas inhibidoras de la poligalacturonasa (PGIP) son proteínas ricas en repeticiones de leucina que, según se ha informado, demuestran inhibición tanto no competitiva [ 24 ] como competitiva [ 5 ] de las PG. El sitio activo de la PG interactúa con un bolsillo que contiene múltiples aminoácidos polares en la PGIP2 de Phaseolus vulgaris . El inhibidor impide la unión del sustrato al ocupar el sitio activo, lo que resulta en una inhibición competitiva . [ 23 ]

Se han determinado las estructuras cristalinas de PGIP y PGIP2 para el frijol P. vulgaris . Los residuos cargados y polares que interactúan con el sitio activo de PG se han identificado en P. vulgaris como D131, S133, T155, D157, T180 y D203. [ 23 ] Utilizando PGIP2 como plantilla, se han determinado las estructuras teóricas de otras PGIP para algunos otros cultivos comunes.

Referencias

  1. 1 2 3 Cho SW, Lee S, Shin W (agosto de 2001). "La estructura de rayos X de la poligalacturonasa de Aspergillus aculeatus y una estructura modelada del complejo poligalacturonasa-octagalacturonato". Journal of Molecular Biology . 311 (4): 863– 78. doi : 10.1006/jmbi.2001.4919 . PMID 11518536 . 
  2. ↑ "Definición médica de poligalacturonano" . Lexic.us .
  3. ↑ Jones, TM, Anderson, AJ y Albersheim, P. (1972) Interacciones huésped-patógeno IV, Estudios sobre las enzimas degradadoras de polisacáridos secretadas por Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, Physiol. Plant Pathol. 2, 153-166.
  4. 1 2 3 4 5 D'Ovidio R, Mattei B, Roberti S, Bellincampi D (febrero de 2004). "Poligalacturonasas, proteínas inhibidoras de poligalacturonasas y oligómeros pécticos en interacciones planta-patógeno". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteínas y proteómica . 1696 (2): 237– 44. doi : 10.1016/j.bbapap.2003.08.012 . PMID 14871664 . 
  5. 1 2 3 Federici L, Caprari C, Mattei B, Savino C, Di Matteo A, De Lorenzo G, Cervone F, Tsernoglou D. Requisitos estructurales de la endopoligalacturonasa para la interacción con PGIP (proteína inhibidora de la poligalacturonasa). Proc Natl Acad Sci US A. 6 de noviembre de 2001;98(23):13425-30.
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  • Base de datos estructural PG y PGIP
  • Base de datos de pectinasas