La enzima esterasa de la hormona juvenil (EC 3.1.1.59, nombre sistemático metil-(2 E ,6 E ,10 R )-10,11-epoxi-3,7,11-trimetiltrideca-2,6-dienoato acilhidrolasa , JH esterasa ) cataliza la hidrólisis de la hormona juvenil :
Esta enzima pertenece a la familia de las hidrolasas , específicamente aquellas que actúan sobre enlaces éster carboxílicos . El nombre sistemático de esta clase de enzimas es metil-(2E , 6E ) -(10R , 11S ) -10,11-epoxi-3,7,11-trimetiltrideca-2,6-dienoato acilhidrolasa. Otros nombres de uso común incluyen esterasa JH, esterasa de la hormona juvenil y carboxiesterasa de la hormona juvenil.
La hormona juvenil (JH) controla la metamorfosis de los insectos . [1] Los altos títulos de JH mantienen el estado larvario mientras que una disminución en el título de JH inicia la secuencia de pupación [2] así como un cambio en el compromiso tisular desde la síntesis de tejidos larvarios a tejidos pupales en la etapa pupal. [3] La caída en el título de JH al comienzo del último estadio larvario en los lepidópteros parece deberse a una combinación de aumento del metabolismo [4] y disminución de la síntesis. [5] En los lepidópteros , la JH se metaboliza inicialmente por hidrólisis de ésteres; [6] las esterasas capaces de hidrolizar la JH son detectables en la hemolinfa a veces durante el último estadio larvario que parecen coincidir con caídas reportadas en el título de JH. [7] Las JHE también son selectivas para el éster metílico 2E de las JH naturales. [8] Estos estudios sugieren que las JHE pueden ser importantes en la regulación del título de JH y, por lo tanto, estar involucradas en el inicio y el compromiso con la etapa de pupa. Las JHE parecen ser producidas por el cuerpo graso [9] y esta producción puede ser estimulada por JH exógeno en pupas de Hyalophora , una etapa desprovista de actividad de JHE. [10] La estimulación de la actividad de JHE por JH también se ha observado recientemente en adultos de Leptinotarsa decemlineata [11] y pupas de Galleria mellonella . [12] Sin embargo, hasta la fecha, ningún estudio informado ha examinado este fenómeno durante el último estadio larvario cuando se piensa que estas enzimas son de importancia primaria. Por lo tanto, este laboratorio emprendió una investigación de la regulación de JHE de la hemolinfa durante el último estadio larvario de la oruga medidora de la col, Trichoplusia ni .
La hormona juvenil esterasa es inducida por factores que ocurren naturalmente en la cabeza de los insectos. [13] Además, es inducida por el tratamiento de insectos con hormona juvenil natural , siendo JH I el inductor más potente. [14] Se ha demostrado que los agonistas sintéticos de JH poseen esta misma actividad, aunque a una potencia menor que JH I. [15] En otro estudio, se ha demostrado que los factores presentes en la cabeza del insecto son potentes inductores de la actividad de JH. [16] La inanición de las larvas de lepidópteros también induce la aparición de la esterasa JH. [17]
Se han descubierto varios compuestos que son potentes inhibidores de la esterasa JH. Muchos de ellos son insecticidas que se dividen en dos grupos estructurales principales, los fosfoamidotiolatos y los S-fenilfosfatos; también se probaron insecticidas de carbamato . [18] Con mucho, el inhibidor más potente fue un etoxitiofenilfospamidotiolato, con una CI50 < 1 nM. De particular interés en este estudio es que los análogos etílicos e isopropílicos de las JH naturales NO fueron escindidos por la esterasa, lo que demuestra que es específica del éster metílico . Las JH I y JH III se probaron a concentraciones nominales de 5 μM. Más tarde, se demostró que una trifluorometilcetona (3-octiltio-1,1,1-trifluoro-2-propanona) era un inhibidor de unión lenta, estrecha y de alta afinidad de la esterasa JH de Trichoplusia ni , el mismo lepidóptero que se utilizó en el otro estudio de esta sección. [19] Este estudio informó análisis cinéticos muy sofisticados de la inhibición de este compuesto (acrónimo OTFP), se demostró que JH I se degrada más fácilmente por la enzima que JH III, con un valor de Km aproximadamente el doble del valor de JH III.
La esterasa JH y la epóxido hidrolasa JH son cruciales para terminar la acción de JH. El papel de las proteínas de unión a la hormona juvenil también es importante, ya que brindan protección a la hormona juvenil de las enzimas hidrolíticas. [20] Esto hace que sea un escenario muy complicado que es difícil de investigar y también difícil de distinguir entre diferentes especies. Se han realizado estudios muy detallados sobre JH, ácido JH, ecdisona y títulos de JH en larvas cronometradas con precisión de Manduca sexta en función del desarrollo durante el quinto estadio larvario. En estas larvas, los JH principales son JH I y JH II, con niveles bajos de JH 0 y JH III. Hay un gran pico de JH I y II al final del cuarto estadio, acompañado de niveles más bajos de sus metabolitos ácidos. Luego, un pico amplio de esterasa JH comienza el día 1.5 al día 4. Posteriormente, los títulos de ecdisteroide aumentan ligeramente el día 3.5, luego un pico masivo de ecdisteroide que comienza el día 5 que persiste en niveles algo más bajos hasta el día 5. Esto está acompañado por un pico agudo de JH I y JH II, que comienza el día 4 y termina el día 6. Los títulos de ácido JH I son casi los mismos que el título de JH I, excepto el día 7 cuando hay un pico agudo solo de ácido JH I. Esto es justo cuando los títulos de ecdisteroide están disminuyendo. [21] Se ha observado un momento muy similar de picos de esterasa JH y ecdisona en Galleria mellonella . [22] Estos datos son consistentes con un modelo clásico para lepidópteros donde JH es alto en cada muda larvaria, pero debe aumentar junto con la ecdisona antes de la pupación para iniciar la muda pupal. También son consistentes con un modelo propuesto por otros de que los cuerpos alados mantenidos in vitro del día 0 de la larva de M. sexta secretan altos niveles de JH, pero que el cambio a producir solo ácido JH en el día 4, que luego es metilado por discos imaginales para generar el pico de JH. [23] Sin embargo, se ha encontrado que la secreción de las cantidades relativas de JH producidas por CA de Manduca sexta difiere considerablemente de los títulos in vivo. [24] La investigación de los títulos de JH en Trichoplusia ni ha llevado a conclusiones muy similares en cuanto a la sincronización de los pulsos de JH temporalmente y con respecto a la secreción de edisona. Sin embargo, el JH principal en esta especie es JH II. Se encontró que la inyección de un inhibidor de la esterasa, EPPAT, aumentaba los títulos de hormona juvenil , y se encontró que la inanición aumentaba los títulos de hormona juvenil. Además, la parasitación de larvas con Chelonus sp. Se descubrió que (Hymenoptera) disminuía los títulos de JH II, pero causaba un aumento en los títulos de JH III, aparentemente derivado del parásito. [25]
La estructura cristalina de la esterasa del gusano cuerno del tabaco Manduca sexta se ha resuelto en complejo con el inhibidor análogo del estado de transición 3-octiltio-1,1,1-trifluoropropan-2-ona (OTFP) unido covalentemente al sitio activo. Esta estructura cristalina contiene un bolsillo de unión hidrofóbico largo con la tríada catalítica inaccesible al solvente ubicada en el extremo. La estructura explica muchas de las interacciones observadas entre JHE y sus sustratos e inhibidores, como la preferencia por los ésteres metílicos frente a los ésteres etílicos o isopropílicos , y las largas cadenas principales hidrofóbicas. [26] La enzima es extremadamente eficiente, con un cat/Km de al menos 3 x 107 M-1 s-1. La secuencia primaria tiene una longitud de 583 aminoácidos, con una proteína de 22 aminoácidos. El Mr calculado de la forma activa es de 62,1 kDa.
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