En enzimología , una aminoacilasa ( EC 3.5.1.14) es una enzima que cataliza la reacción química
Así, los dos sustratos de esta enzima son el N-acil-L-aminoácido y el H2O , mientras que sus dos productos son el carboxilato y el L-aminoácido .
Esta enzima pertenece a la familia de las hidrolasas , aquellas que actúan sobre enlaces carbono-nitrógeno distintos de los enlaces peptídicos , específicamente en amidas lineales . El nombre sistemático de esta clase de enzimas es N-acil-L-aminoácido amidohidrolasa . Otros nombres de uso común incluyen deshidropeptidasa II , histozima , hippuricasa , benzamidasa , acilasa I , hipurasa , amidoácido deacilasa , L-aminoacilasa , acilasa , aminoacilasa I , L-aminoácido acilasa , alfa-N-acilaminoácido hidrolasa , acil amidoacilasa larga y acil amidoacilasa corta . Esta enzima participa en el ciclo de la urea y el metabolismo de los grupos amino .
A finales de 2007, se han resuelto dos estructuras para esta clase de enzimas , con códigos de acceso PDB 1Q7L y 1YSJ. Estas estructuras también corresponden a dos secuencias de aminoácidos primarias conocidas para aminoacilasas. Los artículos asociados identifican dos tipos de dominios que comprenden aminoacilasas: dominios de unión de zinc , que se unen a iones Zn 2+ , y dominios que facilitan la dimerización de los dominios de unión de zinc . [1] [2] Es esta dimerización la que permite que se produzca la catálisis , ya que el sitio activo de la aminoacilasa se encuentra entre sus dos dominios de unión de zinc . [1]
El zinc unido facilita la unión del sustrato N-acil-L-aminoácido , lo que provoca un cambio conformacional que reúne las subunidades de la proteína alrededor del sustrato y permite que se produzca la catálisis . [3] La aminoacilasa 1 existe en una estructura heterotetramérica , lo que significa que 2 dominios de unión de zinc y 2 dominios de dimerización se unen para formar la estructura cuaternaria de la aminoacilasa 1 .
La aminoacilasa es una metaloenzima que necesita Zinc ( Zn 2+ ) como cofactor para funcionar. [3] [4] Los iones de Zinc dentro de la aminoacilasa están coordinados con histidina , glutamato , aspartato y agua . [1] [3] [5] El ion de Zinc polariza el agua , facilitando su desprotonación por un residuo básico cercano . [3] [5] El ion de hidróxido cargado negativamente es nucleofílico y ataca al carbono carbonílico electrofílico del grupo acilo del sustrato . [5] Se desconoce el mecanismo exacto después de este punto, y una posibilidad es que el carbonilo luego se reforme, rompa el enlace amida y forme los dos productos . En algún punto del mecanismo , otra molécula de agua ingresa y se coordina con Zinc , devolviendo la enzima a su estado original. [5]
El ataque nucleofílico por agua es el paso limitante de la velocidad del mecanismo catalítico de la aminoacilasa . [6] Este ataque nucleofílico es reversible mientras que los pasos subsiguientes son rápidos e irreversibles. [6] Esta secuencia de reacción es un ejemplo de cinética de Michaelis-Menten , que permite determinar K M , K cat , V max , número de recambio y especificidad del sustrato a través de experimentos enzimáticos clásicos de Michaelis-Menten . [6] El segundo y tercer paso hacia adelante causan la formación y liberación de los productos de la reacción . [6]
Las aminoacilasas se expresan en el riñón , donde reciclan N-acil-L-aminoácidos como L-aminoácidos y ayudan en la regulación del ciclo de la urea.
Los N-acil-L-aminoácidos se forman cuando los L-aminoácidos tienen su extremo N unido covalentemente a un grupo acilo . El grupo acilo proporciona estabilidad al aminoácido , haciéndolo más resistente a la degradación. Además, los N-acil-L-aminoácidos no se pueden utilizar directamente como bloques de construcción para proteínas y primero deben convertirse en L-aminoácidos mediante la aminoacilasa. Nuevamente, los productos de L-aminoácidos se pueden utilizar para la biosíntesis o la energía catabolizada .
La aminoacilasa está involucrada en la regulación del ciclo de la urea . El N-acetil-L-glutamato es un activador alostérico de la carbamoil fosfato sintetasa , una enzima crucial que compromete las moléculas de NH 4 + al ciclo de la urea . [7] El ciclo de la urea elimina el exceso de amoníaco ( NH 4 + ) en el cuerpo, un proceso que debe regularse positivamente durante los períodos de mayor catabolismo proteico , ya que la descomposición de aminoácidos produce grandes cantidades de NH 4 + . [7] Cuando aumenta el catabolismo de aminoácidos, la N-acetilglutamato sintasa se regula positivamente, produciendo más N-acetil-L-glutamato, que regula positivamente la carbamoil fosfato sintetasa y le permite deshacerse del exceso de NH 4 + del catabolismo . [7]
La aminoacilasa se regula positivamente durante períodos de déficit de nutrientes o inanición , lo que provoca la degradación del N-acetil-L-glutamato, que regula negativamente la carbamoil fosfato sintetasa y el resto del ciclo de la urea . Esta respuesta es evolutivamente ventajosa, ya que un déficit de nutrientes significa que no hay tanto NH4 + que se deba eliminar y el cuerpo quiere recuperar tantos aminoácidos como pueda. [7]
La deficiencia de aminoacilasa 1 ( A1D ) es una enfermedad rara causada por una mutación autosómica recesiva en el gen de la aminoacilasa 1 ( ACY1 ) en el cromosoma 3p21. [8] [9] [10] [11] [12] La falta de aminoacilasa 1 funcional causada por A1D da como resultado un ciclo de urea disfuncional , causando una variedad de trastornos neurológicos que incluyen convulsiones , hipotonía muscular , retraso mental y deterioro del desarrollo psicomotor. [8] [13] [14] [15] La A1D también se ha asociado con el autismo . [16] Los pacientes con A1D a menudo comienzan a expresar síntomas poco después del nacimiento , pero parecen recuperarse completamente en los próximos años. [13] [14] [15]
La deficiencia de aminoacilasa 2 , también conocida como enfermedad de Canavan , es otra enfermedad rara causada por una mutación en el gen ASPA (en el cromosoma 17 ) que conduce a una deficiencia en la enzima aminoacilasa 2. La aminoacilasa 2 es conocida por el hecho de que puede hidrolizar N-acetilaspartato mientras que la aminoacilasa 1 no puede. [17]
Las aminoacilasas se han utilizado para la producción de L - aminoácidos en entornos industriales desde finales de la década de 1950. [18] Dado que las aminoacilasas son específicas del sustrato para los N-acil-L-aminoácidos y no para los N-acil-D-aminoácidos , las aminoacilasas se pueden utilizar para tomar de forma fiable una mezcla de estos dos reactivos y convertir únicamente los enantiómeros L en productos , que luego se pueden aislar por solubilidad de los N-acil-D-aminoácidos que no reaccionaron . [18] [19] Aunque este proceso se realizó en un reactor discontinuo durante muchos años, a finales de la década de 1970 se desarrolló un proceso más rápido y menos derrochador que colocaba las aminoacilasas en una columna por la que luego se lavaban continuamente los N - acil - aminoácidos . [18] [20] Este proceso todavía se utiliza en entornos industriales hoy en día para convertir los N-acil-aminoácidos en aminoácidos de una forma enantioméricamente específica.
Muchos estudios científicos a lo largo del último medio siglo han utilizado la aminoacilasa porcina como su enzima aminoacilasa modelo . [21] Se han determinado la secuencia de aminoácidos y la estructura primaria de la aminoacilasa porcina. [4] La aminoacilasa porcina 1 está compuesta por dos subunidades heterodímeras idénticas , cada una de las cuales consta de 406 aminoácidos, con acetilalanina en el extremo N de cada una. [4] La aminoacilasa porcina difiere de la aminoacilasa humana en estructura , pero replica su función. [1] [4] [22] Se puede inferir de estos datos que estas dos enzimas evolucionaron a partir de una proteína ancestral común , conservando la función pero divergiendo en estructura con el tiempo. [1] [4]
