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Transglutaminasa

Las transglutaminasas son enzimas que en la naturaleza catalizan principalmente la formación de un enlace isopeptídico entre los grupos γ -carboxamida (-(C=O)NH2 )  de las cadenas laterales de los residuos de glutamina y los grupos ε-amino (-NH2 ) de las cadenas laterales de los residuos de lisina con la consiguiente liberación de amoniaco (NH3 )  . Los residuos de lisina y glutamina deben estar unidos a un péptido o una proteína para que pueda ocurrir esta reacción de reticulación (entre moléculas separadas) o intramolecular (dentro de la misma molécula). [1] Los enlaces formados por la transglutaminasa exhiben una alta resistencia a la degradación proteolítica ( proteólisis ). [2] La reacción es [1]

Gln-(C=O)NH2 + NH2 - Lys → Gln-(C=O)NH-Lys + NH3

Las transglutaminasas también pueden unir una amina primaria (RNH 2  ) al grupo carboxiamida de la cadena lateral de un residuo de glutamina unido a proteína/péptido, formando así un enlace isopeptídico [1].

Gln-(C=O)NH 2 + RNH 2 → Gln-(C=O)NHR + NH 3

Estas enzimas también pueden desamidar residuos de glutamina a residuos de ácido glutámico en presencia de agua [1].

Gln-(C=O)NH2 + H2O → Gln -COOH + NH3

La transglutaminasa aislada de la bacteria Streptomyces mobaraensis , por ejemplo, es una enzima independiente del calcio . Las transglutaminasas de los mamíferos , entre otras transglutaminasas, requieren iones Ca 2+ como cofactor . [1]

Las transglutaminasas se describieron por primera vez en 1959. [3] La actividad bioquímica exacta de las transglutaminasas se descubrió en el factor XIII de la proteína de coagulación sanguínea en 1968. [4]

Ejemplos

mecanismo de reacción de tTG
La reacción superior muestra cómo una transaminasa se combina con un residuo de glutamina , liberando amoníaco , y luego la combinación reacciona con el grupo amina de un residuo de lisina de otra proteína, liberando nuevamente la enzima.

Se han caracterizado nueve transglutaminasas en humanos, [5] ocho de las cuales catalizan reacciones de transamidación . Estas TGases tienen una organización de tres o cuatro dominios, con dominios similares a inmunoglobulinas que rodean el dominio catalítico central. El dominio central pertenece a la superfamilia de proteasas similares a la papaína (clan CA) y utiliza una tríada catalítica Cys-His-Asp . [2] La proteína 4.2 , también conocida como banda 4.2, es un miembro catalíticamente inactivo de la familia de transglutaminasas humanas que tiene una sustitución de Cys a Ala en la tríada catalítica. [6]

Las transglutaminasas bacterianas son proteínas de un solo dominio con un núcleo plegado de manera similar. La transglutaminasa que se encuentra en algunas bacterias funciona en una diada Cys-Asp. [8]

Papel biológico

Las transglutaminasas forman polímeros proteicos ampliamente reticulados, generalmente insolubles. Estos polímeros biológicos son indispensables para que un organismo cree barreras y estructuras estables. Algunos ejemplos son los coágulos sanguíneos ( factor de coagulación XIII ), la piel y el cabello . La reacción catalítica generalmente se considera irreversible y debe ser monitoreada de cerca a través de amplios mecanismos de control. [2]

Papel en la enfermedad

La deficiencia del factor XIII (una enfermedad genética rara) predispone a la hemorragia ; se puede utilizar una enzima concentrada para corregir la anomalía y reducir el riesgo de sangrado. [2]

Los anticuerpos anti-transglutaminasa se encuentran en la enfermedad celíaca y pueden desempeñar un papel en el daño del intestino delgado en respuesta a la gliadina dietética que caracteriza esta condición. [2] En la condición relacionada dermatitis herpetiforme , en la que a menudo se encuentran cambios en el intestino delgado y que responde a la exclusión dietética de productos de trigo que contienen gliadina, la transglutaminasa epidérmica es el autoantígeno predominante. [9]

Investigaciones recientes indican que quienes padecen enfermedades neurológicas como la enfermedad de Huntington [10] y la de Parkinson [11] pueden tener niveles inusualmente altos de un tipo de transglutaminasa, la transglutaminasa tisular . Se ha planteado la hipótesis de que la transglutaminasa tisular puede estar involucrada en la formación de los agregados proteicos que causan la enfermedad de Huntington, aunque lo más probable es que no sea necesaria. [2] [12]

Las mutaciones en la transglutaminasa de los queratinocitos están implicadas en la ictiosis lamelar .

Estudios estructurales

A finales de 2007, se han resuelto 19 estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1EVU, 1EX0, 1F13, 1FIE, 1G0D, 1GGT, 1GGU, 1GGY, 1IU4, 1KV3, 1L9M, 1L9N, 1NUD, 1NUF, 1NUG, 1QRK, 1RLE, 1SGX y 1VJJ.

Aplicaciones industriales y culinarias

Tres tiras de bistró unidas con "pegamento para carne" de transglutaminasa. Se dejarán reposar durante la noche antes de desenvolverlas, cortarlas en porciones, cocinarlas y servirlas.
Terrina de pollo tratada con transglutaminasa .

En el procesamiento comercial de alimentos, la transglutaminasa se utiliza para unir proteínas . Entre los ejemplos de alimentos elaborados con transglutaminasa se incluyen la imitación de carne de cangrejo y las albóndigas de pescado . Se produce mediante la fermentación de Streptomyces mobaraensis en cantidades comerciales ( P81453 ) o se extrae de la sangre animal, [13] y se utiliza en una variedad de procesos, incluida la producción de productos cárnicos y pesqueros procesados .

La transglutaminasa se puede utilizar como agente aglutinante para mejorar la textura de alimentos ricos en proteínas como el surimi o el jamón . [14]

La trombina , el "pegamento para carne" fibrinógeno de origen bovino y porcino, fue prohibida en toda la Unión Europea como aditivo alimentario en 2010. [15] La transglutaminasa sigue estando permitida y no es necesario declararla, ya que se considera un coadyuvante de procesamiento y no un aditivo que permanece presente en el producto final.

Gastronomía molecular

La transglutaminasa también se utiliza en la gastronomía molecular para combinar nuevas texturas con sabores ya existentes. Además de estos usos habituales, la transglutaminasa se ha utilizado para crear algunos alimentos poco habituales. Al chef británico Heston Blumenthal se le atribuye la introducción de la transglutaminasa en la cocina moderna.

Wylie Dufresne , chef del vanguardista restaurante wd~50 de Nueva York , conoció la transglutaminasa gracias a Blumenthal e inventó una " pasta " hecha con más del 95% de camarones gracias a la transglutaminasa. [16]

Sinónimos

Véase también

Referencias

  1. ^ abcde DeJong GA, Koppelman SJ (2002). "Reacciones catalizadas por transglutaminasa: impacto en aplicaciones alimentarias". Revista de ciencia alimentaria . 67 (8): 2798–2806. doi :10.1111/j.1365-2621.2002.tb08819.x.
  2. ^ abcdef Griffin M, Casadio R, Bergamini CM (diciembre de 2002). "Transglutaminasas: los pegamentos biológicos de la naturaleza". The Biochemical Journal . 368 (Pt 2): 377–96. doi :10.1042/BJ20021234. PMC 1223021 . PMID  12366374. 
  3. ^ Clarke DD, Mycek MJ, Neidle A, Waelsch H (1959). "La incorporación de aminas en proteínas". Arch Biochem Biophys . 79 : 338–354. doi :10.1016/0003-9861(59)90413-8.
  4. ^ Pisano JJ, Finlayson JS, Peyton MP (mayo de 1968). "[Enlace cruzado en fibrina polimerizada por el factor 13: épsilon-(gamma-glutamil)lisina]". Science . 160 (3830): 892–3. Bibcode :1968Sci...160..892P. doi :10.1126/science.160.3830.892. PMID  4967475. S2CID  95459438.
  5. ^ Grenard P, Bates MK, Aeschlimann D (agosto de 2001). "Evolución de los genes de la transglutaminasa: identificación de un grupo de genes de la transglutaminasa en el cromosoma humano 15q15. Estructura del gen que codifica la transglutaminasa X y un nuevo miembro de la familia de genes, la transglutaminasa Z". The Journal of Biological Chemistry . 276 (35): 33066–78. doi : 10.1074/jbc.M102553200 . PMID  11390390.
  6. ^ Eckert RL, Kaartinen MT, Nurminskaya M, Belkin AM, Colak G, Johnson GV, Mehta K (abril de 2014). "Regulación de la función celular por transglutaminasa". Physiological Reviews . 94 (2): 383–417. doi :10.1152/physrev.00019.2013. PMC 4044299 . PMID  24692352. 
  7. ^ Aeschlimann D, Koeller MK, Allen-Hoffmann BL, Mosher DF (febrero de 1998). "Aislamiento de un ADNc que codifica un nuevo miembro de la familia de genes de la transglutaminasa a partir de queratinocitos humanos. Detección e identificación de productos de genes de la transglutaminasa basados ​​en la reacción en cadena de la polimerasa con transcripción inversa y cebadores degenerados". The Journal of Biological Chemistry . 273 (6): 3452–60. doi : 10.1074/jbc.273.6.3452 . PMID  9452468.
  8. ^ Kashiwagi T, Yokoyama K, Ishikawa K, Ono K, Ejima D, Matsui H, Suzuki E (noviembre de 2002). "Estructura cristalina de la transglutaminasa microbiana de Streptoverticillium mobaraense". The Journal of Biological Chemistry . 277 (46): 44252–60. doi : 10.1074/jbc.M203933200 . PMID  12221081.
  9. ^ Sárdy M, Kárpáti S, Merkl B, Paulsson M, Smyth N (marzo de 2002). "La transglutaminasa epidérmica (TGasa 3) es el autoantígeno de la dermatitis herpetiforme". Revista de Medicina Experimental . 195 (6): 747–57. doi :10.1084/jem.20011299. PMC 2193738 . PMID  11901200. 
  10. ^ Karpuj MV, Becher MW, Steinman L (enero de 2002). "Evidencia de un papel de la transglutaminasa en la enfermedad de Huntington y las posibles implicaciones terapéuticas". Neurochemistry International . 40 (1): 31–6. doi :10.1016/S0197-0186(01)00060-2. PMID  11738470. S2CID  40198925.
  11. ^ Vermes I, Steur EN, Jirikowski GF, Haanen C (octubre de 2004). "Concentración elevada de transglutaminasa tisular del líquido cefalorraquídeo en la enfermedad de Parkinson que indica apoptosis". Trastornos del movimiento . 19 (10): 1252–4. doi : 10.1002/mds.20197 . PMID  15368613. S2CID  102503.
  12. ^ Lesort M, Chun W, Tucholski J, Johnson GV (enero de 2002). "¿La transglutaminasa tisular desempeña un papel en la enfermedad de Huntington?". Neurochemistry International . 40 (1): 37–52. doi :10.1016/S0197-0186(01)00059-6. PMID  11738471. S2CID  7983848.
  13. ^ Köhler W (22 de agosto de 2008). «Gelijmde slavink» (en holandés). NRC Handelsblad . Archivado desde el original el 20 de febrero de 2009. Consultado el 6 de julio de 2024 .
  14. ^ Yokoyama K, Nio N, Kikuchi Y (mayo de 2004). "Propiedades y aplicaciones de la transglutaminasa microbiana". Applied Microbiology and Biotechnology . 64 (4): 447–54. doi :10.1007/s00253-003-1539-5. PMID  14740191. S2CID  19068193.
  15. ^ "La UE prohíbe el 'pegamento para carne' - Food Safety News". foodsafetynews.com . 24 de mayo de 2010. Archivado desde el original el 5 de abril de 2018 . Consultado el 6 de mayo de 2018 .
  16. ^ Jon B (11 de febrero de 2005). "Noodles, reinvented". NBC News . Consultado el 2 de abril de 2008 .

Lectura adicional