La lisina carboxipeptidasa ( EC 3.4.17.3) es una enzima . [1] [2] [3] Esta enzima cataliza la siguiente reacción química:
Se trata de una enzima activada por zinc que se encuentra en el plasma y que inactiva proteínas como la bradicinina y las anafilatoxinas en la sangre para evitar la acumulación de toxinas.
La lisina carboxipeptidasa también se conoce como:
A todas las enzimas se les asigna un número de la Comisión de Enzimas en función de la reacción química que catalizan. El número EC sirve para aclarar cualquier confusión que surja debido al hecho de que muchas enzimas tienen varios nombres diferentes que pueden referirse a ellas. El número EC de la carboxipeptidasa de lisina es 3.4.17.3.
El primer número de un número EC indica la clase principal a la que pertenece la enzima (las opciones son oxidorreductasas, transferasas, hidrolasas, liasas, isomerasas y ligasas). La carboxipeptidasa de lisina pertenece a la clase 3, lo que indica que es una hidrolasa . Las hidrolasas utilizan agua para romper enlaces químicos, incluidos, entre otros, los enlaces carbono-oxígeno, carbono-nitrógeno y carbono-carbono. [4]
El segundo número describe el tipo de enlace que se rompe en la reacción catalizada por la enzima específica. El "4" coloca a la carboxipeptidasa de lisina en la subclase " peptidasa ". Esto significa que esta enzima actúa sobre enlaces peptídicos . [4]
El tercer número (la subsubclase) brinda más información sobre el mecanismo catalítico de la reacción. La carboxipeptidasa de lisina se encuentra en la subsubclase 17: metalocarboxipeptidasas . Esta subclase define primero la carboxipeptidasa de lisina como una exopeptidasa (subsubclases 11 y 13-19), lo que significa que solo actúa sobre enlaces terminales de una cadena polipeptídica. Es más específicamente una carboxipeptidasa (subsubclases 16-18) que actúa sobre un extremo C para romper un aminoácido. La categoría general de metalocarboxipeptidasas indica que funciona utilizando catálisis de iones metálicos . [5]
El último número en el número CE sirve simplemente para diferenciar cada metalocarboxipeptidasa de otra.
La carboxipeptidasa de lisina se puede encontrar en casi 400 especies distintas, todas ellas vertebrados con mandíbulas. Estas especies incluyen aves, reptiles, mamíferos, anfibios y peces. [6] Para simplificar y debido a la falta de investigación sobre esta enzima en otros organismos, la información analizada en este artículo se centrará específicamente en la carboxipeptidasa de lisina humana.
La carboxipeptidasa de lisina tiene un peso molecular de entre 270 y 330 kDa ( kilodaltons ). Es una glicoproteína tetramérica . Está compuesta por dos subunidades de 83 kDa y dos subunidades activas entre 55 kDa y 48 kDa y estas se mantienen unidas por interacciones no covalentes . [7]
Las subunidades de 83 kDa son reguladoras y no contribuyen directamente a la actividad catalítica; también están muy glicosiladas. Su función es estabilizar las subunidades activas y mantenerlas en circulación. El funcionamiento catalítico se conserva cuando las subunidades de 83 kDa se eliminan de las subunidades activas, pero siguen siendo necesarias para sus funciones de soporte. Las subunidades activas son pequeñas y relativamente inestables a la temperatura corporal y al pH de la sangre, por lo que no durarían mucho tiempo en el plasma sin las subunidades reguladoras unidas. Las porciones de 55 kDa a 48 kDa son ambas catalíticamente activas. [3]
La estructura primaria de la subunidad de 83 kDa se puede dividir en tres dominios principales. El primer dominio se encuentra en el extremo N y consta de 52 aminoácidos, de los cuales los primeros 27 son ricos en cisteína . El segundo dominio se refiere a los siguientes 312 aminoácidos y consta de 13 secciones de repeticiones ricas en leucina (LRR), cada una formada por 24 residuos. El dominio C-terminal final se refiere a los últimos 145 residuos, donde los aminoácidos 400-425 contienen una sección rica en cisteína. La estructura secundaria/terciaria de la subunidad aún no se ha determinado experimentalmente, pero se ha planteado la hipótesis basándose en cómo se pliegan otras proteínas LRR. El modelo de trabajo, que se creó utilizando la programación informática ESyPred3D , tiene forma de herradura con una lámina β que recubre el interior y una hélice α o giro β que recubre el exterior. El modelo también muestra un dominio similar a Ig. En otras proteínas, la unión entre este dominio y el extremo C del dominio LRR ha demostrado ser un sitio de unión para la formación de tetrámeros. Por lo tanto, este puede ser el sitio de unión para la segunda subunidad de 83 kDa de la enzima, mientras que se piensa que la subunidad activa interactúa en el interior de la forma de herradura. [7]
La subunidad catalítica tiene forma de pera. Su primer dominio en el extremo N es esférico y consta de 319 aminoácidos. También contiene las áreas catalíticas y de unión al sustrato y, por lo tanto, se denomina dominio carboxipeptidasa. Este dominio consta de dos puentes disulfuro , lo que deja una cisteína desapareada que se extiende hacia la porción interior de la molécula. Tiene una lámina β central de 8 hebras que está rodeada por 9 hélices α que, en general, corren antiparalelas a las láminas. El dominio tiene un núcleo mayoritariamente hidrófobo . El segundo dominio del extremo C tiene forma de cilindro y está formado por 79 residuos. Es un dominio de transtiretina (TT) en sándwich β con un núcleo hidrófobo. Anteriormente se pensaba que la unidad activa no estaba glicosilada; sin embargo, la estructura muestra tres residuos unidos por O a N-acetilglucosaminas . [8] Se determinó que el área que se une a la subunidad reguladora es la interfaz entre estos dos dominios. Hay una zona hidrofóbica en esta área que se cree que interactúa con el interior de la forma de herradura de la subunidad de 83 kDa para formar el heterodímero . [7]
El dominio carboxipeptidasa esférico de la subunidad catalítica tiene una hendidura circular en la superficie que es la ubicación de la ranura del sitio activo. La base de la ranura está formada por 3 láminas β, mientras que las paredes de la ranura están revestidas de hélices α. La densidad electrónica en el medio de la ranura permite un espacio para que se una el cofactor de iones de zinc . El residuo P1' del sustrato se coloca en una cavidad específica (S1') de la ranura del sitio activo, mientras que los residuos P1 y siguientes se extienden hacia un área principalmente hidrófoba de la ranura (en los bolsillos S1, S2, etc.). El enlace peptídico escindible se mantiene en su lugar con varias interacciones polares entre los grupos laterales de la proteína. El átomo de nitrógeno en el lado C-terminal está anclado a los grupos guanidina cercanos de las moléculas de arginina. En el lado N-terminal, el átomo de nitrógeno está sujeto por enlaces de hidrógeno con tirosina, mientras que el grupo carbonilo está sujeto por enlaces de hidrógeno con lisina. Estas interacciones estiran el enlace peptídico y lo preparan para que la molécula de agua lo rompa. [8] Si bien técnicamente hay dos sitios activos en el tetrámero, uno en cada subunidad activa, solo se puede usar un sitio activo a la vez. [7]
La estructura de la carboxipeptidasa de lisina puede explicar sus preferencias por los residuos P1' y P1. El ácido aspártico (cuya orientación está determinada por el enlace cis-peptídico entre la prolina y la tirosina adyacentes) que se encuentra cerca del bolsillo S1' del sitio activo es responsable de la preferencia de la lisina sobre la arginina como residuo P1'. A diferencia de la arginina, la lisina puede acercarse a esta área frontalmente, lo que prepara el enlace peptídico para una ruptura más fácil. Mientras tanto, las cadenas laterales fenólicas cerca del bolsillo S1 hacen que la enzima prefiera más residuos P1 de tamaño mediano sobre los más grandes; esto reduce la cantidad de desplazamiento que debe ocurrir. Esto explica la preferencia de la enzima por la alanina y la metionina sobre la glicina . [8]
La carboxipeptidasa de lisina se produce exclusivamente en el hígado y luego se secreta a la sangre poco después. Funciona mejor en un entorno con pH neutro .
La enzima funciona para separar la arginina o la lisina del extremo C de una cadena polipeptídica . La lisina se hidroliza más fácilmente porque tiene una tasa de recambio más rápida que la arginina. El penúltimo aminoácido también contribuye a la facilidad con la que se produce la reacción. La alanina y la metionina dan lugar a las reacciones más eficientes, mientras que la glicina reduce significativamente la velocidad de reacción. [7]
La carboxipeptidasa de lisina utiliza catálisis de iones metálicos para completar su reacción y tiene zinc (u otro catión divalente como el cobalto) como cofactor necesario. Debido a esto, sus acciones pueden ser inhibidas por factores quelantes que eliminarían el zinc del complejo enzimático. [7]
El zinc se une al sitio activo de la enzima y actúa como estabilizador. La carga positiva del zinc le permite interactuar con la carga negativa parcial del oxígeno en una molécula de agua y formar un enlace. Una base cercana eliminará uno de los hidrógenos de la molécula de oxígeno para estabilizarla. Ahora, puede actuar eficazmente como un nucleófilo ; atacará al grupo carbonilo de la proteína para formar un tetraédrico temporal. Después de que se produzca una reconfiguración electrónica energéticamente favorable, el resultado será que el aminoácido terminal se separará del resto de la cadena polipeptídica. [3]
La carboxipeptidasa de lisina se encuentra en el plasma y se utiliza para inactivar ciertas proteínas; esto funciona para proteger al cuerpo de moléculas potentes que pueden escapar de los tejidos. La proteína más estudiada que es inactivada por esta enzima es la bradicinina (junto con otras cininas como la calidina ), que contribuye a la inflamación y la regulación de la presión arterial. [9] Sin embargo, la principal forma en que se degrada la bradicinina es mediante la enzima convertidora de angiotensina I (ECA). No obstante, la carboxipeptidasa de lisina sigue siendo importante, especialmente si un paciente está recibiendo inhibidores de la ECA para tratar una afección. Las cininas son hormonas autocrinas o paracrinas con mayor frecuencia y, por lo tanto, suelen estar restringidas en su ubicación. Si una cantidad excesiva de la hormona se escapa a la sangre y los niveles aumentan demasiado, esto puede tener efectos nocivos para el cuerpo. La carboxipeptidasa de lisina evita que esto suceda. [7]
Esta enzima también ha demostrado ser importante en la inactivación de anafilatoxinas que son proteínas inductoras de inflamación utilizadas en las respuestas inmunes. De manera similar a las quininas, pueden ocurrir efectos nocivos si se acumulan demasiadas de estas proteínas en la sangre. Otras moléculas en cuya modificación y, en consecuencia, regulación participa esta enzima incluyen la creatina quinasa , la hemoglobina , el factor derivado de células estromales-1α (SDF-1α), los receptores de plasminógeno y las encefalinas . La interacción enzimática con la creatina quinasa libera una lisina de cada una de las dos subunidades y modifica su función. Con la hemoglobina, acelera la disociación del tetrámero en dímeros y aumenta su afinidad por el oxígeno. En cuanto a la SDF-1α, la liberación de lisina disminuye su capacidad de funcionamiento, por lo que esta enzima actúa como regulador de la actividad; la SDF-1α normalmente es importante en el tráfico de células madre hematopoyéticas . En el caso de los receptores de plasminógeno, la escisión de la lisina impide la activación del plasminógeno en plasmina . [7] La carboxipeptidasa de lisina regula la encefalina al reducir su afinidad por los receptores opioides kappa y, en consecuencia, la vuelve específica del receptor delta . También se sospecha que el factor de crecimiento epidérmico (y posiblemente otros factores de crecimiento) actúa como sustrato , ya que se metaboliza mediante la escisión de la arginina C-terminal. [8] Otros sustratos menos estudiados incluyen fibrinopéptidos que participan en la coagulación sanguínea. [9]
Esta enzima es extremadamente importante para el correcto funcionamiento del organismo. No existen registros de ninguna persona que carezca por completo de lisina carboxipeptidasa y niveles inferiores a los normales de la enzima se han relacionado con trastornos como el edema angioneurótico . [3]
