Las glicosiltransferasas ( GTF , Gtfs ) son enzimas ( EC 2.4 ) que establecen enlaces glicosídicos naturales . Catalizan la transferencia de restos sacáridos desde un azúcar nucleótido activado (también conocido como " donante de glicosilo ") a una molécula aceptora de glicosilo nucleófila , cuyo nucleófilo puede estar basado en oxígeno ( carbono ), nitrógeno o azufre . [1]
El resultado de la transferencia de glicosilo puede ser un carbohidrato , un glucósido , un oligosacárido o un polisacárido . Algunas glicosiltransferasas catalizan la transferencia a fosfato inorgánico o agua . La transferencia de glicosilo también puede ocurrir a residuos de proteínas , generalmente a tirosina , serina o treonina para dar glicoproteínas unidas a O , o a asparagina para dar glicoproteínas unidas a N. Los grupos manosilo pueden transferirse al triptófano para generar C-manosil triptófano, que es relativamente abundante en eucariotas. Las transferasas también pueden utilizar lípidos como aceptores, formando glicolípidos , e incluso utilizar donadores de fosfato de azúcar unidos a lípidos, como los fosfatos de dolicol en organismos eucariotas o el fosfato de undecaprenilo en bacterias.
Las glicosiltransferasas que utilizan donantes de nucleótidos de azúcar son enzimas Leloir , en honor a Luis F. Leloir , el científico que descubrió el primer nucleótido de azúcar y que recibió el Premio Nobel de Química en 1970 por su trabajo sobre el metabolismo de los carbohidratos. Las glicosiltransferasas que utilizan donantes no nucleotídicos como el dolicol o el pirofosfato de poliprenol son glicosiltransferasas no Leloir .
Los mamíferos utilizan solo 9 donantes de nucleótidos de azúcar para las glicosiltransferasas: [2] UDP-glucosa , UDP-galactosa , UDP-GlcNAc , UDP-GalNAc, UDP-xilosa, UDP-ácido glucurónico , GDP-manosa , GDP-fucosa y CMP-siálico. ácido. Los fosfatos de estas moléculas donantes suelen estar coordinados por cationes divalentes como el manganeso; sin embargo, existen enzimas independientes de metales.
Muchas glicosiltransferasas son proteínas transmembrana de paso único y generalmente están ancladas a las membranas del aparato de Golgi [3].
Las glicosiltransferasas se pueden segregar en enzimas "retenedoras" o "invertidas" según si la estereoquímica del enlace anomérico del donante se retiene (α→α) o se invierte (α→β) durante la transferencia. El mecanismo de inversión es sencillo y requiere un único ataque nucleofílico del átomo aceptor para invertir la estereoquímica.
El mecanismo de retención ha sido un tema de debate, pero existe evidencia sólida en contra de un mecanismo de doble desplazamiento (que causaría dos inversiones alrededor del carbono anomérico para una retención neta de la estereoquímica) o un mecanismo disociativo (una variante frecuente del cual se conocía como SNi). Se ha propuesto un mecanismo "asociativo ortogonal" que, similar a las enzimas inversoras, requiere sólo un único ataque nucleofílico de un aceptor desde un ángulo no lineal (como se observa en muchas estructuras cristalinas) para lograr la retención del anómero. [4]
El reciente descubrimiento de la reversibilidad de muchas reacciones catalizadas por la inversión de glicosiltransferasas sirvió como un cambio de paradigma en este campo y plantea interrogantes sobre la designación de nucleótidos de azúcar como donantes "activados". [5] [6] [7] [8] [9]
Los métodos de clasificación basados en secuencias han demostrado ser una forma poderosa de generar hipótesis sobre la función de las proteínas basadas en la alineación de secuencias con proteínas relacionadas. La base de datos de enzimas activas sobre carbohidratos presenta una clasificación basada en secuencias de glicosiltransferasas en más de 90 familias. [10] Se espera que ocurra el mismo pliegue tridimensional dentro de cada una de las familias. [11]
En contraste con la diversidad de estructuras 3D observadas para las glucósido hidrolasas , las glicosiltransferasas tienen una gama mucho menor de estructuras. [12] [13] De hecho, según la base de datos de Clasificación Estructural de Proteínas , solo se han observado tres pliegues diferentes para las glicosiltransferasas [14] Muy recientemente, se identificó un nuevo pliegue de glicosiltransferasas para las glicosiltransferasas involucradas en la biosíntesis de NAG- "Esqueleto polimérico NAM de peptidoglicano" . [15]
Se conocen muchos inhibidores de las glicosiltransferasas. Algunos de estos son productos naturales, como la moenomicina , un inhibidor de las peptidoglicano glicosiltransferasas, las nikkomicinas , inhibidores de la quitina sintasa, y las equinocandinas , inhibidores de las β-1,3-glucano sintasas de hongos . Algunos inhibidores de la glicosiltransferasa se utilizan como fármacos o antibióticos. La moenomicina se utiliza en la alimentación animal como promotor del crecimiento. La caspofungina se desarrolló a partir de las equinocandinas y se utiliza como agente antifúngico. El etambutol es un inhibidor de las arabinotransferasas micobacterianas y se utiliza para el tratamiento de la tuberculosis. El lufenurón es un inhibidor de la síntesis de quitina de insectos y se utiliza para controlar las pulgas en animales. Los inhibidores sintéticos de las glicosiltransferasas a base de imidazolio se han diseñado para su uso como agentes antimicrobianos y antisépticos. [dieciséis]
El sistema del grupo sanguíneo ABO está determinado por el tipo de glicosiltransferasas que se expresan en el cuerpo.
El locus del gen ABO que expresa las glicosiltransferasas tiene tres formas alélicas principales: A, B y O. El alelo A codifica la 1-3-N-acetilgalactosaminiltransferasa que une la α- N-acetilgalactosamina al extremo D-galactosa del antígeno H, produciendo el gen A. antígeno. El alelo B codifica la 1-3-galactosiltransferasa que une la α-D-galactosa unida al extremo D-galactosa del antígeno H, creando el antígeno B. En el caso del alelo O, el exón 6 contiene una deleción que resulta en una pérdida de actividad enzimática. El alelo O difiere ligeramente del alelo A por la eliminación de un único nucleótido: la guanina en la posición 261. La eliminación provoca un cambio de marco y da como resultado la traducción de una proteína casi completamente diferente que carece de actividad enzimática. Esto da como resultado que el antígeno H permanezca sin cambios en el caso de los grupos O.
La combinación de glicosiltransferasas por ambos alelos presentes en cada persona determina si existe un tipo de sangre AB, A, B u O.
Las glicosiltransferasas se han utilizado ampliamente tanto en la síntesis dirigida de glicoconjugados específicos como en la síntesis de bibliotecas de fármacos, sondas biológicas o productos naturales glicosilados diferencialmente en el contexto del descubrimiento y desarrollo de fármacos (un proceso conocido como glicorandomización ). [17] Las enzimas adecuadas pueden aislarse de fuentes naturales o producirse de forma recombinante. Como alternativa, se han desarrollado sistemas basados en células completas que utilizan donantes de glicosilo endógenos o sistemas basados en células que contienen sistemas clonados y expresados para la síntesis de donantes de glicosilo. En enfoques sin células, la aplicación a gran escala de glicosiltransferasas para la síntesis de glicoconjugados ha requerido acceso a grandes cantidades de donantes de glicosilo. Por otro lado, se han desarrollado sistemas de reciclaje de nucleótidos que permiten la resíntesis de donantes de glicosilo a partir del nucleótido liberado. El enfoque de reciclaje de nucleótidos tiene el beneficio adicional de reducir la cantidad de nucleótidos formados como subproducto, reduciendo así la cantidad de inhibición causada a la glicosiltransferasa de interés, una característica comúnmente observada del subproducto de nucleótidos.
