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lactonasa

Estructura química general de una N -acil homoserina lactona

La lactonasa (EC 3.1.1.81, acil-homoserina lactonasa ; nombre sistemático N -acil- L -homoserina-lactona lactonohidrolasa ) es una metaloenzima , producida por ciertas especies de bacterias, que se dirige e inactiva las homoserina lactonas aciladas (AHL). Cataliza la reacción

una N -acil- L -homoserina lactona + H 2 O una N -acil- L -homoserina

Muchas especies de proteobacterias α , β y γ producen homoserina lactonas aciladas, pequeñas moléculas similares a hormonas que se utilizan comúnmente como señales de comunicación entre células bacterianas de una población para regular cierta expresión genética y comportamientos fenotípicos. [1] Este tipo de regulación genética se conoce como detección de quórum .

Otros nombres para estos tipos de enzimas son N -acil-homoserina lactonasa de extinción de quórum , enzima degradante de acil homoserina, acil-homoserina lactona acilasa, AHL lactonasa, enzima degradante de AHL, enzima inactivadora de AHL, AHLasa, AhlD, AhlK, AiiA, AiiA lactonasa, proteína similar a AiiA, AiiB, AiiC, AttM, delactonasa, enzima similar a la lactonasa, N -acil homoserina lactonasa, N -acil homoserina lactona hidrolasa, N -acil-homoserina lactona lactonasa, N -acil- L -homoserina lactona hidrolasa, lactonasa de extinción de quórum, N -acil homoserina lactona hidrolasa de extinción de quórum . [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]

Mecanismo enzimático

La lactonasa hidroliza el enlace éster del anillo de homoserina lactona de homoserina lactonas aciladas. Al hidrolizar el enlace lactona , la lactonasa evita que estas moléculas de señalización se unan a sus reguladores transcripcionales objetivo, inhibiendo así la detección de quórum . [13]

Estructura de la enzima

En todas las lactonasas conocidas se conserva un sitio de unión de zinc dinuclear y es esencial para la actividad enzimática y el plegamiento de proteínas. [14]

Zn1 está tetracoordinado por His104, His106, His169 y el ion hidróxido puente. Zn2 tiene cinco ligandos, incluidos Asp191, His235, His109, Asp108 y el ion hidróxido puente. Los iones metálicos ayudan a polarizar el enlace lactona, aumentando la electrofilia del carbono carbonilo del anillo de lactona . Los estudios de etiquetado isotópico indicaron que la apertura del anillo se produce mediante una reacción de eliminación con adición de agua que se muestra a continuación. [15]

Función biológica

Las lactonasas pueden interferir con la detección de quórum mediada por AHL. Algunos ejemplos de estas lactonasas son AiiA producida por especies de Bacillus , AttM y AiiB producidas por Agrobacterium tumefaciens y QIcA producida por especies de Hyphomicrobianos . [dieciséis]

Se han informado lactonasas para Bacillus, Agrobacterium, Rhodococcus, Streptomyces, Arthrobacter, Pseudomonas y Klebsiella . [17] Se encontró que el grupo Bacillus cereus (que consiste en B. cereus, B. thuringiensis, B. mycoides y B. anthracis ) contiene nueve genes homólogos al gen AiiA que codifica enzimas que inactivan AHL, con el catalizador catalítico zinc- motivo de encuadernación conservado en todos los casos. [18]

En el fitopatógeno A. tumefaciens , la lactonasa AiiB actúa como un modulador fino que esencialmente retrasa la liberación de lactona OC8-HSL y el número resultante de tumores producidos por el patógeno. La lactonasa AttM media la degradación de la lactona OC8-HSL en tejidos vegetales heridos. [19]

La actividad principal de las enzimas antiateroscleróticas paraoxonasa ( PON) es la lactonasa. [20] Los ácidos grasos poliinsaturados oxidados (especialmente en las lipoproteínas de baja densidad oxidadas ) forman estructuras similares a lactonas que son sustratos de PON. [20]

Ecología

Aún no están claros los efectos ecológicos de la lactonasa, pero se ha propuesto que, dado que las bacterias coexisten principalmente con otros microorganismos en el medio ambiente, algunas cepas de bacterias podrían haber evolucionado sus estrategias de alimentación y utilizar AHL como su principal recurso de energía y nitrógeno. [21]

Aplicaciones

Comprender los mecanismos y propósitos de la actividad de la lactonasa podría conducir a posibles funciones aplicadas de estas lactonasas para controlar las infecciones bacterianas al inhibir la actividad de detección de quórum y provocar efectos profundos en la salud humana y el medio ambiente. Sin embargo, tanto en la lactonolisis química como enzimática, la reacción es reversible, lo que complica la aplicación terapéutica directa de las lactonasas. [22]

Pseudomonas aeruginosa es una bacteria productora de AHL, un patógeno oportunista que infecta a pacientes inmunocomprometidos [23] y se encuentra en infecciones pulmonares de pacientes con fibrosis quística. P. aeruginosa depende de la detección de quórum mediante la producción de lactonas N -butanoil- L -homoserina (C4-HSL) y N -(3-oxododecanoil)-l-HSL (3-oxo-C12-HSL) para regular los enjambres, las toxinas y producción de proteasas y formación adecuada de biopelículas. La ausencia de uno o más componentes del sistema de detección de quórum da como resultado una reducción significativa de la virulencia del patógeno. [24]

Erwinia carotovora es un patógeno vegetal que causa pudrición blanda en varios cultivos, como patatas y zanahorias [25] mediante el uso de detección de quórum de N-hexanoil-l-HSL (C6-HSL) para evadir los sistemas de defensa de la planta y coordinar su producción de pectato liasa durante el proceso de infección. [26]

Se demostró que las plantas que expresan AHL-Lactonasa demuestran una mayor resistencia a la infección del patógeno Erwinia carotovora. La expresión de genes de virulencia en E. carotovora está regulada por la N -(3-oxohexanoil)-L - homoserina lactona (OHHL). Presumiblemente, la hidrólisis de OHHL a través de lactonasa redujo los niveles de OHHL, inhibiendo los sistemas de detección de quórum que impulsan la expresión de genes de virulencia. [18]

Ver también

Referencias

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