Las aminopeptidasas son enzimas que catalizan la escisión de aminoácidos desde el extremo N (inicio), de proteínas o péptidos . Se encuentran en muchos organismos; en la célula, se encuentran en muchos orgánulos , en el citosol (fluido celular interno) y como proteínas de membrana . Las aminopeptidasas se utilizan en funciones celulares esenciales y, a menudo, son metaloenzimas de zinc , que contienen un cofactor de zinc . [2]
Las aminopeptidasas se presentan tanto en forma soluble en agua como unidas a la membrana y se pueden encontrar tanto en varios compartimentos celulares como en el entorno extracelular (fuera de las células). [3] Su amplia especificidad de sustrato , su capacidad para unirse fuertemente a sus objetivos, les permite eliminar los aminoácidos N-terminales iniciales de casi todos los oligopéptidos no sustituidos . [4] Por ejemplo, la aminopeptidasa N (AP-N) es particularmente abundante en las membranas del borde en cepillo del riñón, el intestino delgado y la placenta, y también se encuentra en el hígado. [4] La AP-N está involucrada en la digestión final de los péptidos generados a partir de la hidrólisis (escisión) de proteínas por proteasas gástricas y pancreáticas . [5]
Algunas aminopeptidasas son monoméricas y otras se encuentran como conjuntos de subunidades de masa relativamente alta (50 kDa). Hay secuencias de ADNc disponibles para varias aminopeptidasas y está disponible una estructura cristalina del estado abierto de la aminopeptidasa 1 del retículo endoplásmico humano . [1]
El descubrimiento y la caracterización de las aminopeptidasas se remontan a principios del siglo XX. El término "aminopeptidasa" fue introducido por primera vez en 1929 por Linderstrøm-Lang y Sato para describir las enzimas que separan los aminoácidos del extremo N de los péptidos. [6] [ se necesita una mejor fuente ]
En los años 1950 y 1960, el descubrimiento de la leucina aminopeptidasa (LAP) y la aminopeptidasa N (APN) marcó hitos importantes en el campo. Se descubrió que la LAP era crucial para la digestión de proteínas, mientras que la APN fue reconocida por su papel en la regulación de los efectos mediados por péptidos. [4] [7] Estos descubrimientos fueron fundamentales para comprender las funciones fisiológicas de las aminopeptidasas y su participación en la salud y la enfermedad. [ cita requerida ]
Las décadas posteriores [ ¿cuáles? ] vieron una amplia investigación sobre la estructura, función y mecanismos de acción de varias aminopeptidasas. Por ejemplo, la familia M1 de aminopeptidasas, que incluye la aminopeptidasa sensible a la puromicina (PSA), se caracterizó por sitios dependientes del zinc conservados y motivos de exopeptidasa . [7] [ se necesita una mejor fuente ] El estudio de PSA en diferentes organismos modelo reveló sus funciones esenciales en el crecimiento y el comportamiento. Las mutaciones en ortólogos de PSA en diferentes especies se relacionaron con errores en la meiosis y la viabilidad reducida de los embriones. [7] La aminopeptidasa N, también conocida como AP-N o CD13, se caracterizó ampliamente por su amplia especificidad de sustrato (capacidad de unirse a sus objetivos) y su presencia en varios tejidos como las membranas del borde en cepillo del riñón, el intestino delgado y la placenta. [4] El papel de la enzima en la función cerebral y su identificación como el antígeno de diferenciación de cúmulos humanos CD13 en la superficie de las células mieloides resaltaron aún más su importancia biológica. [ cita requerida ]
Las aminopeptidasas son un grupo diverso de enzimas que desempeñan papeles cruciales en varios procesos biológicos, incluyendo la digestión de proteínas , el crecimiento celular y la respuesta inmune . Se clasifican en función de su especificidad de sustrato (fuerza de unión) y mecanismo catalítico (medio de catalizar su reacción) en dos categorías principales: metaloaminopeptidasas y cisteína aminopeptidasas. [ cita requerida ] Las metaloaminopeptidasas utilizan un ion metálico para realizar su función, y las cisteína aminopeptidasas utilizan un aminoácido cisteína particular .
La estructura de las aminopeptidasas varía según la enzima específica, pero generalmente consisten en un dominio catalítico donde ocurre la catálisis y dominios adicionales que contribuyen al reconocimiento de la diana y la regulación de sus funciones. Por ejemplo, la aminopeptidasa N (APN), una metaloproteasa de tipo II, consta de 967 aminoácidos con un dominio citoplasmático N-terminal corto en el citoplasma, una única parte transmembrana que atraviesa la membrana celular y un gran ectodominio celular que sobresale de la célula y contiene el sitio activo. [8]
Las metaloaminopeptidasas requieren iones metálicos, como el zinc o el manganeso , para funcionar. Estas enzimas se pueden identificar por un motivo HEXXH conservado en su sitio activo . Este motivo es crucial para la función de la enzima, ya que los aminoácidos de histidina dentro del motivo coordinan (se unen) al ion metálico, que luego utiliza la hidrólisis para romper el enlace peptídico entre el primer aminoácido y el resto de la proteína. [9] Las metaloaminopeptidasas son la clase más grande y homogénea de aminopeptidasas; la base de datos MEROPS identifica más de 35 familias como parte del clan MA. Esta clasificación, que se basa en similitudes estructurales y relaciones evolutivas, indica un origen ancestral común para estas enzimas. [9] Los ejemplos de metaloaminopeptidasas incluyen la aminopeptidasa N (APN), la leucina aminopeptidasa (LAP) y la aminopeptidasa A (APA). [8] [10]
Por otro lado, las cisteína aminopeptidasas dependen de un aminoácido cisteína para realizar la catálisis. Estas enzimas son parte de un grupo más amplio de cisteína proteasas , todas las cuales desmembran proteínas mediante el uso de un tiol de cisteína nucleófilo junto con uno o dos aminoácidos catalíticos más en una díada o tríada. La tríada generalmente consta de los aminoácidos cisteína , histidina y aspartato , donde la cisteína actúa como un nucleófilo , la histidina actúa como una base química y el aspartato estabiliza la histidina. [ 11] Los ejemplos de cisteína aminopeptidasas incluyen la catepsina H y la aminopeptidasa B. [8]
En general, las aminopeptidasas desempeñan un papel importante en el metabolismo de proteínas y péptidos. Las aminopeptidasas del tracto gastrointestinal, como APN y APA, son esenciales para la digestión de las proteínas de la dieta. Facilitan la absorción y utilización de aminoácidos al escindirlos del extremo N de los péptidos. [12] Estas enzimas también desempeñan un papel en el metabolismo de péptidos bioactivos, incluidas las hormonas y los factores de crecimiento. Al regular los niveles de estos péptidos, las aminopeptidasas contribuyen a la homeostasis y a la modulación de los procesos fisiológicos. [12]
En las bacterias, las aminopeptidasas son producidas tanto por cepas anaeróbicas facultativas , que pueden respirar con o sin oxígeno, como por cepas obligadas , que requieren o mueren con el oxígeno atmosférico. [13] Se pueden encontrar en muchas ubicaciones celulares diferentes, por ejemplo, en el citoplasma , en las membranas , asociadas con la envoltura celular , [ aclaración necesaria ] o secretadas en el medio extracelular. [13] Estas enzimas están involucradas en la descomposición de péptidos suministrados externamente (proteínas muy cortas) y son necesarias para los pasos finales del recambio y reemplazo de proteínas. También participan en funciones específicas como la escisión de la metionina N-terminal (inicio) de las cadenas peptídicas recién sintetizadas ( metionina aminopeptidasas ), la estabilización de plásmidos multicopia basados en ColE1 (por ejemplo, aminopeptidasa A ) y la escisión del piroglutamato N-terminal (por ejemplo, piroglutamil aminopeptidasa ). [13]
Los hongos, en particular especies como Aspergillus oryzae y Aspergillus sojae , producen aminopeptidasas que tienen aplicaciones en la industria alimentaria como agentes desamargantes. [14] Estas enzimas también son de interés por sus posibles aplicaciones biotecnológicas. Por ejemplo, se ha descubierto que la leucina aminopeptidasa (LAP) de las especies de Aspergillus es termoestable y, en teoría, podría utilizarse para controlar el grado de hidrólisis y el desarrollo del sabor en una amplia gama de sustancias. [14]
En los mamíferos, las aminopeptidasas se producen en varios tejidos y órganos, como el hígado , el riñón y el intestino . Debido a su capacidad para descomponer proteínas y péptidos , se utilizan para ayudar a digerir proteínas, regular los efectos mediados por péptidos y descomponer péptidos bioactivos. [4] La aminopeptidasa N (AP-N) es particularmente abundante en las membranas del borde en cepillo del riñón, el intestino delgado y la placenta, y también es rica en el hígado. [4] Tiene una amplia especificidad de sustrato (capacidad de unirse a sus objetivos) y está involucrada en las etapas finales de la digestión de péptidos generados a partir de la ruptura e hidrólisis de proteínas por proteasas gástricas y pancreáticas . [4]
La aminopeptidasa se ha estudiado para su uso en el tratamiento de la hipertensión, la inflamación y algunos tipos de cáncer. La aminopeptidasa A (APA) está implicada en la regulación de la presión arterial mediante la conversión de angiotensina II en angiotensina III . Los inhibidores de la APA se están explorando como posibles agentes antihipertensivos, ofreciendo un nuevo enfoque para el manejo de la hipertensión. [12] La aminopeptidasa N (APN) se ha asociado con la patogénesis de enfermedades inflamatorias como la artritis reumatoide y la enfermedad inflamatoria intestinal. Los inhibidores de la APN han demostrado efectos antiinflamatorios en modelos animales, lo que los posiciona como posibles agentes terapéuticos para estas afecciones. [12] Varias aminopeptidasas, incluidas la APN, la APA y la leucina aminopeptidasa (LAP), se sobreexpresan en varios tipos de cáncer. Su participación en el crecimiento, la invasión y la angiogénesis tumoral las convierte en objetivos atractivos para la terapia del cáncer. Los inhibidores de la aminopeptidasa han demostrado ser prometedores en estudios preclínicos como posibles agentes anticancerígenos. [12]
Se han estudiado los niveles de actividad y expresión de las aminopeptidasas como marcadores diagnósticos de enfermedades como trastornos hepáticos y cáncer. Las variaciones en estos parámetros pueden indicar condiciones patológicas, lo que ayuda al diagnóstico y seguimiento de enfermedades. [12]
Las aminopeptidasas se han utilizado para crear biosensores que detecten aminoácidos o péptidos específicos. Estos biosensores generan una señal medible en presencia del analito de interés, aprovechando la actividad catalítica de las aminopeptidasas. [12]
En la secuenciación de proteínas, las aminopeptidasas se emplean en el método de degradación de Edman . Esta técnica implica la eliminación secuencial y la identificación del aminoácido N-terminal de las proteínas, lo que facilita la elucidación de su secuencia de aminoácidos. [15]
En la industria alimentaria, las aminopeptidasas de Aspergillus oryzae y Aspergillus sojae se utilizan para eliminar el amargor de los hidrolizados proteicos, incluidos los utilizados en la producción de salsa de soja y miso. Estas enzimas ayudan a eliminar los péptidos de sabor amargo, mejorando el sabor y la palatabilidad de estos productos. [15] Las aminopeptidasas también desempeñan un papel crucial en la maduración del queso, ya que participan en la proteólisis de las proteínas de la leche. Esta acción enzimática contribuye significativamente al desarrollo del sabor y la textura del queso, lo que hace que las aminopeptidasas sean esenciales en el proceso de elaboración del queso. [15]
Cuando se utilizan aminopeptidasas en el procesamiento de alimentos, es fundamental garantizar que sean aptas para el consumo humano y seguras para el consumo. Las aminopeptidasas de A. oryzae y A. sojae , por ejemplo, se han estudiado ampliamente y se consideran seguras para su uso en aplicaciones alimentarias. [16] Es importante manipular estas enzimas en condiciones que eviten la contaminación y la degradación, que podrían afectar tanto a la seguridad como a la calidad de los productos alimenticios.
Las aminopeptidasas requieren condiciones de almacenamiento específicas para mantener su estabilidad y actividad enzimática. Por ejemplo, la aminopeptidasa A humana es estable en un rango de pH de 7,0 a 8,5 y se puede almacenar a -20 °C durante varios meses sin una pérdida significativa de actividad. De manera similar, una proteasa intracelular halotolerante de la cepa FP-133 de Bacillus subtilis , que exhibe actividad aminopeptidasa, conserva la actividad completa después de almacenarse en NaCl al 7,5 % (p/v) a 4 °C durante 24 horas. [17] Estos ejemplos indican que las aminopeptidasas generalmente requieren condiciones de pH neutro y se pueden almacenar a bajas temperaturas, como -20 °C o -80 °C, durante períodos prolongados para preservar su actividad.
