La α-glucosidasa ( EC 3.2.1.20, (nombre sistemático α- D -glucósido glucohidrolasa ) es una glucosidasa ubicada en el borde en cepillo del intestino delgado que actúa sobre los enlaces α(1→4): [1] [2] [3 ] [4] [5] [6]
Hidrólisis de residuos de α- D- glucosa terminales no reductores (1→4) con liberación de D -glucosa
La entrada de Gene Ontology GO:0090599 representa el sentido amplio de "alfa-glucosidasa". Se define como "catálisis de la hidrólisis del residuo de alfa-D-glucosa con enlace alfa terminal, no reductor, con liberación de alfa-D-glucosa". En este sentido, las "alfa-glucosidasas" pueden abarcar una amplia gama de actividades enzimáticas, diferenciándose por el enlace de su terminal (1→3, 1→4 o 1→6), la identidad específica de su sustrato (sacarosa, maltosa , o almidón), entre otros aspectos. [7]
EC 3.2.1.20, el sentido estricto
La definición asociada con la Comisión de Enzimas número 3.2.1.20 es más limitada. Requiere que el enlace sea 1 → 4, y que el sustrato preferido sean oligosacáridos más pequeños (a diferencia de polisacáridos más grandes como el almidón : de lo contrario se incluiría la alfa-amilasa ). Los genes humanos que producen enzimas con actividades especificadas por este número CE incluyen: [8]
MGAM es la "maltasa-glucoamilasa", que se encuentra en el borde en cepillo del intestino.
GAA es la "alfa-glucosidasa ácida", que se encuentra en el lisosoma .
GANC , "alfa-glucosidasa C neutra".
Los sinónimos mencionados por la Comisión incluyen maltasa, glucoinvertasa, glucosidosucrasa, maltasa-glucoamilasa, α-glucopiranosidasa, glucosidoinvertasa, α- D- glucosidasa, α-glucósido hidrolasa, α-1,4-glucosidasa, α- D -glucósido glucohidrolasa . [9] Estos nombres no se recomiendan porque pueden referirse solo a una actividad específica de la enzima o a una proteína específica que tiene esta actividad.
Mecanismo
La α-glucosidasa hidroliza los residuos terminales de α-glucosa unidos no reductores (1→4) para liberar una única molécula de α-glucosa. [10] La α-glucosidasa es una hidrolasa de carbohidratos que libera α-glucosa en lugar de β-glucosa. Los residuos de β-glucosa pueden ser liberados por la glucoamilasa, una enzima funcionalmente similar. La selectividad del sustrato de la α-glucosidasa se debe a las afinidades de subsitio del sitio activo de la enzima. [11] Dos mecanismos propuestos incluyen un desplazamiento nucleofílico y un ion oxocarbenio intermedio. [11]
Rhodnius prolixus , un insecto chupador de sangre, forma hemozoína (Hz) durante la digestión de la hemoglobina del huésped. La síntesis de hemozoína depende del sitio de unión al sustrato de la α-glucosidasa. [12]
Se extrajeron y caracterizaron las α-glucosidasas del hígado de trucha. Se demostró que para una de las α-glucosidasas del hígado de trucha, la actividad máxima de la enzima aumentaba en un 80% durante el ejercicio en comparación con una trucha en reposo. Se demostró que este cambio se correlaciona con un aumento de la actividad de la glucógeno fosforilasa hepática. Se propone que la α-glucosidasa en la vía glucosídica juega un papel importante en complementar la vía fosforolítica en la respuesta metabólica del hígado a las demandas energéticas del ejercicio. [13]
Se ha demostrado que las α-glucosidasas del intestino delgado de levadura y rata son inhibidas por varios grupos de flavonoides. [14]
Estructura
Las α-glucosidasas se pueden dividir, según su estructura primaria, en dos familias. [11]
El gen que codifica la α-glucosidasa lisosomal humana tiene aproximadamente 20 kb de largo y su estructura ha sido clonada y confirmada. [15]
Se ha estudiado la α-glucosidasa lisosomal humana para determinar la importancia de Asp-518 y otros residuos en las proximidades del sitio activo de la enzima. Se descubrió que la sustitución de Asp-513 por Glu-513 interfiere con la modificación postraduccional y el transporte intracelular del precursor de la α-glucosidasa. Además, los residuos Trp-516 y Asp-518 se han considerado críticos para la funcionalidad catalítica de la enzima. [dieciséis]
Se ha demostrado que los cambios cinéticos en la α-glucosidasa son inducidos por desnaturalizantes como el cloruro de guanidinio (GdmCl) y las soluciones de SDS. Estos desnaturalizantes provocan pérdida de actividad y cambios conformacionales. Se produce una pérdida de actividad enzimática a concentraciones de desnaturalizante mucho más bajas que las requeridas para los cambios conformacionales. Esto lleva a la conclusión de que la conformación del sitio activo de la enzima es menos estable que la conformación de la enzima completa en respuesta a los dos desnaturalizantes. [17]
Relevancia de la enfermedad
Enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo II , también llamada enfermedad de Pompe : un trastorno en el que la α-glucosidasa es deficiente. En 2006, el fármaco alglucosidasa alfa se convirtió en el primer tratamiento lanzado para la enfermedad de Pompe y actúa como análogo de la α-glucosidasa. [18] Otros estudios de la alglucosidasa alfa revelaron que los iminoazúcares exhiben inhibición de la enzima. Se descubrió que una molécula compuesta se une a una única molécula de enzima. Se demostró que la 1-desoxinojirimicina (DNJ) se uniría al azúcar más fuerte de los probados y bloquearía el sitio activo de la enzima casi por completo. Los estudios mejoraron el conocimiento del mecanismo por el cual la α-glucosidasa se une a los iminoazúcares. [19]
Diabetes : la acarbosa , un inhibidor de la α-glucosidasa, inhibe de forma competitiva y reversible la α-glucosidasa en los intestinos. Esta inhibición reduce la tasa de absorción de glucosa debido al retraso en la digestión de los carbohidratos y al aumento del tiempo de digestión. La acarbosa puede prevenir el desarrollo de síntomas diabéticos. [20] Por lo tanto, los inhibidores de la α-glucosidasa (como la acarbosa) se utilizan como fármacos antidiabéticos en combinación con otros fármacos antidiabéticos.Se ha descubierto que la luteolina es un potente inhibidor de la α-glucosidasa. El compuesto puede inhibir la enzima hasta un 36% con una concentración de 0,5 mg/ml. [21] A partir de 2016, esta sustancia se está probando en ratas, ratones y cultivos celulares . Se ha demostrado que los análogos de flavonoides tienen actividad inhibidora. [22]
Azoospermia : El diagnóstico de azoospermia puede ser ayudado por la medición de la actividad de la α-glucosidasa en el plasma seminal. La actividad en el plasma seminal corresponde a la funcionalidad del epidídimo. [23]
Agentes antivirales: muchos virus animales poseen una envoltura exterior compuesta de glicoproteínas virales. Estos suelen ser necesarios para el ciclo de vida viral y utilizan maquinaria celular para la síntesis. Los inhibidores de la α-glucosidasa muestran que la enzima participa en la vía de los N -glicanos para virus como el VIH y el virus de la hepatitis B humana (VHB). La inhibición de la α-glucosidasa puede prevenir la fusión del VIH y la secreción del VHB. [24]
^ Bruni, CB; Sica, V.; Auricchio, F.; Covelli, I. (1970). "Mayor caracterización cinética y estructural de la α-D-glucósido glucohidrolasa lisosomal del hígado de ganado". Biochim. Biofísica. Acta . 212 (3): 470–477. doi :10.1016/0005-2744(70)90253-6. PMID 5466143.
^ Flanagan, PR; Forstner, GG (1978). "Purificación de maltasa/glucoamilasa intestinal de rata y su disociación anómala ya sea por calor o por bajo pH". Bioquímica. J. 173 (2): 553–563. doi :10.1042/bj1730553. PMC 1185809 . PMID 29602.
^ Larner, J.; Lardy, H.; Myrback, K. (1960). "Otras glucosidasas". En Boyer, PD (ed.). Las enzimas . vol. 4 (2ª ed.). Nueva York: Academic Press. págs. 369–378.
^ Sivikami, S.; Radhakrishnan, AN (1973). "Purificación de glucoamilasa intestinal de conejo mediante cromatografía de afinidad en Sephadex G-200". Indio J. Biochem. Biofísica . 10 (4): 283–284. PMID 4792946.
^ Sorensen, SH; Norén, O.; Sjöström, H.; Danielsen, EM (1982). "Maltasa / glucoamilasa de microvellosidades intestinales anfifílicas de cerdo. Estructura y especificidad". EUR. J. Bioquímica . 126 (3): 559–568. doi :10.1111/j.1432-1033.1982.tb06817.x. PMID 6814909.
^ "Término de ontología genética de actividad alfa-glucosidasa (GO: 0090599)". www.informatics.jax.org .Consulte: Definición, Vista de árbol GO.
^ "ENZIMA - 3.2.1.20 alfa-glucosidasa". enzima.expasy.org . Grupo de enzimas cuya especificidad se dirige principalmente hacia la exohidrólisis de enlaces 1,4-alfa-glucosídicos y que hidrolizan los oligosacáridos rápidamente, en comparación con los polisacáridos, que se hidrolizan relativamente lentamente o no se hidrolizan en absoluto.
^ "ExplorEnz: CE 3.2.1.20". www.enzyme-database.org .
^ "CE 3.2.1.20". ExPASy . Consultado el 1 de marzo de 2012 .
^ abc Chiba S (agosto de 1997). "Mecanismo molecular en α-glucosidasa y glucoamilasa". Biosci. Biotecnología. Bioquímica . 61 (8): 1233–9. doi : 10.1271/bbb.61.1233 . PMID 9301101.
^ Mury FB, da Silva JR, Ferreira LS y col. (2009). "La α-glucosidasa promueve la formación de hemozoínas en un insecto chupa sangre: una historia evolutiva". MÁS UNO . 4 (9): e6966. Código Bib : 2009PLoSO...4.6966M. doi : 10.1371/journal.pone.0006966 . PMC 2734994 . PMID 19742319.
^ Mehrani H, Storey KB (octubre de 1993). "Caracterización de α-glucosidasas de hígado de trucha arco iris". Arco. Bioquímica. Biofísica . 306 (1): 188–94. doi :10.1006/abbi.1993.1499. PMID 8215402.
^ Tadera K, Minami Y, Takamatsu K, Matsuoka T (abril de 2006). "Inhibición de α-glucosidasa y α-amilasa por flavonoides". J. Nutr. Ciencia. Vitaminol . 52 (2): 149–53. doi : 10.3177/jnsv.52.149 . PMID 16802696.
^ Hoefsloot L; M. Hoogeveen-Westerveld; AJ Reusador; BA Oostra (1 de diciembre de 1990). "Caracterización del gen de la α-glucosidasa lisosomal humana". Bioquímica. J. 272 (2): 493–497. doi :10.1042/bj2720493. PMC 1149727 . PMID 2268276.
^ Hermans, Monique; Marian Kroos; Jos Van Beeumen; Ben Oostra; Arnold Reuser (25 de julio de 1991). "Caracterización de la a-glucosidasa lisosomal humana del sitio catalítico". La Revista de Química Biológica . 21. 266 (21): 13507–13512. doi : 10.1016/S0021-9258(18)92727-4 . Consultado el 1 de marzo de 2012 .
^ Wu XQ, Xu H, Yue H, Liu KQ, Wang XY (diciembre de 2009). "Cinética de inhibición y agregación de α-glucosidasa por diferentes desnaturalizantes". Proteína J. 28 (9–10): 448–56. doi :10.1007/s10930-009-9213-0. PMID 19921411. S2CID 36546023.
^ "La FDA aprueba el primer tratamiento para la enfermedad de Pompe". Comunicado de prensa de la FDA . FDA . Consultado el 1 de marzo de 2012 .
^ Yoshimizu, M.; Tajima, Y; Matsuzawa, F; Aikawa, S; Iwamoto, K; Kobayashi, T; Edmunds, T; Fujishima, K; Tsuji, D; Itoh, K; Ikekita, M; Kawashima, yo; Sugawara, K; Ohyanagi, N; Suzuki, T; Togawa, T; Oh no, K; Sakuraba, H (mayo de 2008). "Parámetros de unión y termodinámica de la interacción de iminoazúcares con una α-glucosidasa ácida humana recombinante (alglucosidasa alfa): conocimiento del mecanismo de formación del complejo". Clin Chim Acta . 391 (1–2): 68–73. doi :10.1016/j.cca.2008.02.014. PMID 18328816.
^ Bischoff H (agosto de 1995). "El mecanismo de inhibición de la α-glucosidasa en el tratamiento de la diabetes". Clin Invest Med . 18 (4): 303–11. PMID 8549017.
^ Kim JS, Kwon CS, Son KH (noviembre de 2000). "Inhibición de α-glucosidasa y amilasa por luteolina, un flavonoide". Biosci. Biotecnología. Bioquímica . 64 (11): 2458–61. doi : 10.1271/bbb.64.2458 . PMID 11193416. S2CID 5757649.
^ Zhen, et al. (noviembre de 2017). "Síntesis de nuevos alcaloides flavonoides como inhibidores de la α-glucosidasa". Química bioorgánica y medicinal . 25 (20): 5355–64. doi :10.1016/j.bmc.2017.07.055. PMID 28797772.
^ Mahmoud AM, Geslevich J, Kint J y col. (Marzo de 1998). "Actividad de la α-glucosidasa plasmática seminal e infertilidad masculina". Tararear. Reproducción . 13 (3): 591–5. doi : 10.1093/humrep/13.3.591 . PMID 9572418.
^ Mehta, Anand; Zitzmann, Nicole; Rudd, Paulina M; Bloquear, Timothy M; Dwek, Raymond A (23 de junio de 1998). "Inhibidores de la α-glucosidasa como posibles agentes antivirales de amplia base". Cartas FEBS . 430 (1–2): 17–22. doi : 10.1016/S0014-5793(98)00525-0 . PMID 9678587. S2CID 25156942.