La acrosina es una serina proteinasa típica con especificidad similar a la tripsina. [3]
Mecanismo catalítico de acrosina
La reacción transcurre según el mecanismo habitual de serina proteasa . Primero, His-57 desprotona Ser-195, permitiéndole actuar como nucleófilo. Luego, el Ser-195 desprotonado reacciona con el carbono carbonilo de un péptido, formando un intermedio tetraédrico. El intermedio tetraédrico luego colapsa, dando como resultado un grupo saliente H 2 N-R 1 , que se protona a través de His-57. Finalmente, His-57 desprotona una molécula de agua, que luego puede servir como nucleófilo al reaccionar de manera similar con el carbono carbonilo. El colapso del intermedio tetraédrico da como resultado un grupo saliente Ser-195, que se protona a través de His-57, lo que hace que todos los residuos vuelvan a su estado precatalítico y un ácido carboxílico donde previamente había un enlace peptídico.
Función biológica
La acrosina es la principal proteinasa presente en el acrosoma de los espermatozoides maduros. Se almacena en el acrosoma en su forma precursora, la proacrosina. Ante el estímulo, el acrosoma libera su contenido en la zona pelúcida. Después de que ocurre esta reacción, la forma zimógena de la proteasa se procesa en su forma activa, β-acrosina. La enzima activa actúa entonces en la lisis de la zona pelúcida, facilitando así la penetración de los espermatozoides a través de las capas glicoproteicas más internas del óvulo . [3]
Se ha cuestionado la importancia de la acrosina en la reacción del acrosoma. Mediante experimentos de eliminación genética se ha descubierto que los espermatozoides de ratón que carecen de β-acrosina (la proteasa activa) todavía tienen la capacidad de penetrar la zona pelúcida. [4] Por lo tanto, algunos defienden su papel de ayudar en la dispersión del contenido acrosómico después de la reacción acrosómica, mientras que otros demuestran evidencia de su papel como proteína de unión secundaria entre los espermatozoides y la zona pelúcida. [5] [6] [7] Según la hipótesis de la proteína de unión secundaria, la acrosina podría desempeñar un papel en la unión a moléculas de la zona pelúcida, uniendo los espermatozoides al óvulo. Este "tethering" aseguraría la penetración debido a la fuerza móvil aplicada de los espermatozoides. [8]
Se ha descubierto que la regulación de la acrosina se produce a través del inhibidor de la proteína C (PCI). La PCI está presente en el tracto reproductivo masculino en concentraciones 40 veces mayores que en el plasma sanguíneo. [9] Se ha demostrado que la PCI inhibe la actividad proteolítica de la acrosina. [9] Por lo tanto, se ha planteado la hipótesis de que la PCI tiene un papel protector: si las enzimas acrosómicas se liberaran prematuramente, o si los espermatozoides se degeneraran dentro del tracto reproductivo masculino, las altas concentraciones de PCI inhibirían que la acrosina inflija daño proteolítico en los tejidos cercanos. [10]
Estructura
La β-acrosina demuestra un alto grado de identidad de secuencia (70-80%) entre las isoformas de jabalí, toro, rata, cobaya, ratón y humano. [3] Existe una identidad de secuencia algo similar (27-35%) entre la β-acrosina y otras serina proteasas como la tripsina y la quimotripsina . [3] Si bien la mayoría de las serina proteasas se activan mediante un evento de escisión, la proacrosina requiere procesamiento en los dominios N y C-terminal. La proacrosina primero se escinde entre Arg-22 y la valina adyacente para crear una cadena ligera de 22 residuos y una proteasa activa denominada α-acrosina. [3] Esta cadena ligera permanece asociada a la cadena pesada, entrecruzada mediante dos enlaces disulfuro para formar un heterodímero . Después de estos eventos de escisión N-terminal, tres escisiones en el dominio C-terminal eliminan 70 residuos, produciendo β-acrosina. [3] La acrosina tiene dos sitios que han sido identificados como posibles sitios de N-glicosilación : Asn-2 y Asn-169. [3]
Contorno de la superficie del sitio activo de acrosina, mostrado con el inhibidor competitivo benzamidina. El residuo "guardián" de Trp-215 se muestra obstruyendo parcialmente la entrada "superior" (como se muestra aquí) a la cavidad de unión.
La tríada catalítica consta de residuos His-57, Asp-102 y Ser-195. [3] Estos residuos se encuentran en un bolsillo de unión que se ha denominado bolsillo "S1", de acuerdo con el esquema de denominación que se ha adoptado para otras proteasas. [11] El bolsillo S1 regula la especificidad de la acrosina por los sustratos Arg y Lys, con un Trp-215 conservado que actúa como residuo "guardián" para la entrada al sitio de unión. [3]
Residuos del sitio activo de acrosina, mostrados con el inhibidor competitivo benzamidina.
Un elemento estructural importante de la β-acrosina es un parche altamente cargado (formado a través de aminoácidos y modificaciones postraduccionales) en su región de superficie, que se ha denominado "exosito de unión a anión". [3] Este sitio consiste en un área de exceso de carga positiva, que se ha planteado la hipótesis de que es importante para unirse a la matriz de la zona pelúcida, una región fuertemente glicosilada y sulfatada con exceso de carga negativa. [12] Esta característica estructural es consistente con la hipótesis de la proteína de unión secundaria, ya que las interacciones carga-carga estabilizarían un complejo de "tethering" proteína-zona pelúcida. [13] Más consistente con esta hipótesis estructural es el conocimiento de que se ha descubierto que la suramina , un fármaco polisulfatado (con una carga negativa correspondiente sustancial), inhibe la unión del espermatozoide a la zona pelúcida. [14]
Enfermedad y relevancia farmacéutica
Si bien un estudio que utilizó modelos de ratones indicó que la acrosina no es un componente necesario de la penetración de la zona pelúcida, otros estudios en humanos han demostrado una asociación entre la baja actividad de la proteinasa acrosómica y la infertilidad. [15] [16] Otros grupos de investigación han demostrado una correlación significativa entre la actividad de la acrosina y la motilidad de los espermatozoides. [17] En modelos de conejos, un dispositivo anticonceptivo intravaginal que secretaba tetradecil sulfato de sodio, un conocido inhibidor de la acrosina y las hialuronidasas , tuvo un efecto anticonceptivo completo. [18] Aunque su mecanismo de acción exacto no está del todo claro, la acrosina podría servir como un nuevo objetivo para los agentes anticonceptivos. La acrosina puede representar un objetivo excepcionalmente farmacológico debido a su ubicación y alta especificidad celular. [19] Por lo tanto, el desarrollo de inhibidores de la acrosina podría proporcionar la base para anticonceptivos masculinos reversibles y seguros , o anticonceptivos femeninos mediante el uso de dispositivos anticonceptivos intravaginales. [19]
Además, como las serina proteasas son importantes en la potenciación del VIH , la investigación ha descubierto que un inhibidor de la acrosina, el 4-guanidinobenzoato de 4'-acetamidofenilo, posee la capacidad de inhibir la infección por VIH en los linfocitos inoculados con virus . [20] Esto sugiere el papel adicional de los inhibidores de acrosina como agentes potencialmente viables en la prevención de la transmisión del VIH. [20]
Referencias
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Enlaces externos
La base de datos en línea MEROPS para peptidasas y sus inhibidores: S01.223
