La acrosina es una serina proteinasa típica con especificidad similar a la de la tripsina. [3]
Mecanismo catalítico de la acrosina
La reacción se lleva a cabo según el mecanismo habitual de la serina proteasa . En primer lugar, la His-57 desprotona la Ser-195, lo que le permite actuar como nucleófilo. La Ser-195 desprotonada reacciona entonces con el carbono carbonílico de un péptido, formando un intermediario tetraédrico. El intermediario tetraédrico colapsa entonces, dando como resultado un grupo saliente H2N - R1 , que se protona mediante la His-57. Finalmente, la His-57 desprotona una molécula de agua, que puede actuar entonces como nucleófilo al reaccionar de forma similar con el carbono carbonílico. El colapso del intermediario tetraédrico da como resultado un grupo saliente Ser-195, que se protona mediante la His-57, lo que hace que todos los residuos vuelvan a su estado precatalítico y un ácido carboxílico donde antes 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. Tras un estímulo, el acrosoma libera su contenido en la zona pelúcida. Después de que se produce esta reacción, la forma zimógena de la proteasa se procesa a su forma activa, la β-acrosina. La enzima activa actúa entonces en la lisis de la zona pelúcida, facilitando así la penetración del espermatozoide a través de las capas de glucoproteína más internas del óvulo . [3]
La importancia de la acrosina en la reacción acrosómica ha sido cuestionada. Se ha descubierto mediante experimentos de eliminación genética que los espermatozoides de ratón que carecen de β-acrosina (la proteasa activa) aún tienen la capacidad de penetrar la zona pelúcida. [4] Por lo tanto, algunos argumentan que su papel es ayudar a 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 cumplir una función en la unión a las moléculas de la zona pelúcida, uniendo los espermatozoides al óvulo. Esta "unión" garantizaría la penetración debido a la fuerza móvil aplicada a los espermatozoides. [8]
Se ha descubierto que la regulación de la acrosina se produce a través del inhibidor de la proteína C (PCI). El PCI está presente en el tracto reproductivo masculino en concentraciones 40 veces más altas que en el plasma sanguíneo. [9] Se ha demostrado que el PCI inhibe la actividad proteolítica de la acrosina. [9] Por lo tanto, se ha planteado la hipótesis de que el 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 infligiera daño proteolítico a 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] Mientras que la mayoría de las serina proteasas se activan a través de un evento de escisión, la proacrosina requiere procesamiento en los dominios N y C-terminales. La proacrosina se escinde primero 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 con la cadena pesada, reticulada a través de 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 se han identificado como posibles sitios de N-glicosilación : Asn-2 y Asn-169. [3]
Contorno de la superficie del sitio activo de la acrosina, mostrado con el inhibidor competitivo benzamidina. El residuo "guardián" Trp-215 se muestra ocluyendo parcialmente la entrada "superior" (como se muestra aquí) a la cavidad de unión.
La tríada catalítica consta de los residuos His-57, Asp-102 y Ser-195. [3] Estos residuos se encuentran en un bolsillo de unión que se ha denominado bolsillo "S1", en consonancia 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 del sitio de unión. [3]
Residuos del sitio activo de la 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 "exositio de unión a aniones". [3] Este sitio consiste en un área de exceso de carga positiva, que se ha planteado como importante en la unión a la matriz de la zona pelúcida, una región altamente 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 "anclaje" proteína-zona pelúcida. [13] Otro hecho que es 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 de los espermatozoides a la zona pelúcida. [14]
Enfermedad y relevancia farmacéutica
Aunque 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 inhibidor conocido 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 farmacológico único 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 , las investigaciones han descubierto que un inhibidor de la acrosina, el 4'-acetamidofenil 4-guanidinobenzoato, posee la capacidad de inhibir la infección por VIH en los linfocitos inoculados con el virus . [20] Esto sugiere el papel adicional de los inhibidores de la acrosina como agentes potencialmente viables en la prevención de la transmisión del VIH. [20]
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Enlaces externos
Base de datos en línea MEROPS para peptidasas y sus inhibidores: S01.223
