La endopoligalacturonasa ( EC 3.2.1.15, pectina despolimerasa, pectolasa, pectina hidrolasa y poli-α-1,4-galacturónido glicanohidrolasa ; nombre sistemático (1→4)-α- D -galacturonano glicanohidrolasa (endoescisión) ) es una enzima que hidroliza los enlaces glicosídicos α-1,4 entre los residuos de ácido galacturónico :
El poligalacturonano, cuyo componente principal es el ácido galacturónico, [2] es un componente importante de carbohidratos de la red de pectina que comprende las paredes celulares de las plantas . [3] Por lo tanto, la actividad de las PG endógenas de la planta funciona para ablandar y endulzar la fruta durante el proceso de maduración. De manera similar, los fitopatógenos utilizan las PG como un medio para debilitar la red de pectina, de modo que las enzimas digestivas puedan excretarse en la planta huésped para adquirir nutrientes.
Las múltiples láminas β paralelas de esta enzima forman una forma helicoidal llamada hélice β . Esta estructura altamente estable, gracias a numerosos enlaces de hidrógeno y enlaces disulfuro entre las hebras, es una característica común de las enzimas involucradas en la degradación de la pectina. [4] El interior de la hélice β es hidrófobo . [1]
La cristalografía de rayos X se ha utilizado para determinar la estructura tridimensional de varias PG en diferentes organismos. Se han cristalizado PG de hongos como Colletotrichum lupini , [6] Aspergillus aculeatus , [1] y Aspergillus niger (PG1 [7] y PG2 [8] ). También se han cristalizado PG de bacterias como Erwinia carotovora [9] y Bacillus subtilis [4] .
El sitio activo de Fusarium moniliforme PG comprende seis residuos de aminoácidos cargados : H188, R267 y K269 están involucrados en la unión del sustrato , D212 (un ácido general) es responsable de la donación de protones al oxígeno glucosídico, y D213 y D191 activan H 2 O para un ataque nucleofílico . [5]
La poligalacturonasa es una pectinasa , una enzima que degrada la pectina hidrolizando los enlaces O -glicosilo en la red de poligalacturonanos de la pectina, lo que da como resultado residuos α-1,4-poligalacturónicos. [10] La tasa de hidrólisis depende de la longitud de la cadena del polisacárido . Las tasas bajas de hidrólisis se asocian con cadenas muy cortas (por ejemplo, ácido digalacturónico) y cadenas muy largas. [11]
Exo- y endo-poligalacturonasas
Las exo- y endo-poligalacturonasas utilizan diferentes modos de acción hidrolítica. Las endo-poligalacturonasas se hidrolizan de manera aleatoria a lo largo de la red de poligalacturonanos. Este método da como resultado oligogalacturónidos. [12] Las exo-poligalacturonasas se hidrolizan en el extremo no reductor del polímero, generando un monosacárido 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 manera más efectiva una gama más amplia de tejidos vegetales. La variedad de PG en pH óptimo , especificidad del sustrato y otros factores probablemente sean útiles para organismos fitopatógenos como los hongos . [4]
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 ha girado en torno al 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 de la planta y desempeña un papel en el mantenimiento de la barrera entre el entorno interior y exterior y da fuerza a las paredes celulares de la planta. [13] Específicamente, la pectina en la lámina media mantiene unidas a las células vecinas. [14]
Maduración de la fruta
El primer alimento transgénico disponible en las tiendas fue un tomate modificado genéticamente (también conocido como Flavr Savr ) que tenía una vida útil más larga y era ideal para el envío. Su maduración retardada se logró al evitar que la poligalacturonasa destruyera la pectina, que hace que los tomates sean firmes. Se introdujo un gen PG antisentido , que evita que la poligalacturonasa madure y ablande 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 demasiado madura. [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] Las frutas como los caquis pueden carecer de enzimas PG o tener niveles muy bajos de PG y, como tal, 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 el crecimiento de los tubos polínicos . Esta actividad de PG se ha encontrado en pastos como el maíz , así como en árboles, particularmente en el álamo oriental . [19] Las exo-PG involucradas en el crecimiento del tubo polínico necesitan Ca 2+ para una actividad enzimática máxima y pueden inhibirse con 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, en caso afirmativo, si actúan de forma exo o endo. Se han publicado investigaciones contradictorias sobre, por ejemplo, si las PG intervienen en la abscisión de los frutos cítricos. Un problema particular ha sido el uso de ensayos que no pueden medir la actividad exo-PG. [20] Una complicación adicional es la diferencia en la actividad enzimática de las PG entre las zonas de separación de células de la fruta y de la hoja. En el melocotón, la actividad de las PG solo se detectó en las zonas de abscisión de la fruta. [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 PG exo como endo. [22]
Los hongos fitopatógenos exponen las paredes celulares de las plantas a enzimas que degradan las paredes celulares (CWDE) como las PG. [4] En respuesta, la mayoría de las plantas tienen proteínas inhibidoras naturales que retardan la actividad hidrolítica de las PG. Estos inhibidores también estimulan la acumulación de oligogalacturónidos de cadena larga para estimular un mecanismo de defensa contra el ataque. [4] Las proteínas inhibidoras de poligalacturonasa (PGIP) son proteínas repetidas ricas en leucina que, según se ha informado, demuestran una inhibición no competitiva [24] y competitiva [5] de las PG. El sitio activo de las PG interactúa con un bolsillo que contiene múltiples aminoácidos polares en la PGIP2 de Phaseolus vulgaris . El inhibidor evita 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 otros PGIP para algunos otros cultivos comunes.
