Las glicosiltransferasas ( GTF , Gtfs ) son enzimas ( EC 2.4 ) que establecen enlaces glucosídicos naturales . Catalizan la transferencia de fracciones de sacáridos desde un azúcar nucleótido activado (también conocido como " donante de glucosilo ") a una molécula aceptora de glucosilo nucleofílica , cuyo nucleófilo puede estar basado en oxígeno ( carbono ), nitrógeno o azufre . [1]
El resultado de la transferencia de glicosilo puede ser un carbohidrato , glicósido , oligosacárido o un polisacárido . Algunas glicosiltransferasas catalizan la transferencia a fosfato inorgánico o agua . La transferencia de glicosilo también puede ocurrir a residuos proteicos , generalmente a tirosina , serina o treonina para dar glicoproteínas O-ligadas , o a asparagina para dar glicoproteínas N-ligadas. Los grupos manosilo pueden transferirse al triptófano para generar C-manosil triptófano, que es relativamente abundante en eucariotas. Las transferasas también pueden usar lípidos como aceptor, formando glicolípidos , e incluso usar donantes de fosfato de azúcar ligados a lípidos, como fosfatos de dolicol en organismos eucariotas o fosfato de undecaprenilo en bacterias.
Las glicosiltransferasas que utilizan donantes de nucleótidos de azúcar son enzimas Leloir , en honor a Luis F. Leloir , el científico que descubrió el primer nucleótido de azúcar y que recibió el Premio Nobel de Química en 1970 por su trabajo sobre el metabolismo de los carbohidratos. Las glicosiltransferasas que utilizan donantes no nucleótidos como el dolicol o el pirofosfato de poliprenol son glicosiltransferasas no Leloir .
Los mamíferos utilizan solo 9 donantes de nucleótidos de azúcar para las glicosiltransferasas: [2] UDP-glucosa , UDP-galactosa , UDP-GlcNAc , UDP-GalNAc, UDP-xilosa, UDP-ácido glucurónico , GDP-manosa , GDP-fucosa y CMP-ácido siálico. Los fosfatos de estas moléculas donantes suelen estar coordinados por cationes divalentes como el manganeso, sin embargo existen enzimas independientes de los metales.
Muchas glicosiltransferasas son proteínas transmembrana de un solo paso y generalmente están ancladas a las membranas del aparato de Golgi [3].
Las glicosiltransferasas se pueden clasificar en enzimas "retenedoras" o "inversoras" según si la estereoquímica del enlace anomérico del donante se conserva (α→α) o se invierte (α→β) durante la transferencia. El mecanismo de inversión es sencillo y requiere un único ataque nucleofílico del átomo aceptor para invertir la estereoquímica.
El mecanismo de retención ha sido motivo de debate, pero existen pruebas sólidas en contra de un mecanismo de doble desplazamiento (que causaría dos inversiones alrededor del carbono anomérico para una retención neta de la estereoquímica) o un mecanismo disociativo (una variante predominante del cual se conocía como SNi). Se ha propuesto un mecanismo "asociativo ortogonal" que, similar a las enzimas inversoras, requiere solo un único ataque nucleofílico de un aceptor desde un ángulo no lineal (como se observa en muchas estructuras cristalinas) para lograr la retención del anómero. [4]
El reciente descubrimiento de la reversibilidad de muchas reacciones catalizadas por glicosiltransferasas inversoras supuso un cambio de paradigma en el campo y plantea preguntas respecto de la designación de los nucleótidos de azúcar como donantes "activados". [5] [6] [7] [8] [9]
Los métodos de clasificación basados en secuencias han demostrado ser una forma eficaz de generar hipótesis sobre la función de las proteínas en función de la alineación de secuencias con proteínas relacionadas. La base de datos de enzimas activas en carbohidratos presenta una clasificación basada en secuencias de las glicosiltransferasas en más de 90 familias. [10] Se espera que se produzca el mismo plegamiento tridimensional dentro de cada una de las familias. [11]
En contraste con la diversidad de estructuras 3D observadas para las glicósido hidrolasas , las glicosiltransferasas tienen un rango mucho más pequeño de estructuras. [12] [13] De hecho, según la base de datos de Clasificación Estructural de Proteínas , solo se han observado tres pliegues diferentes para las glicosiltransferasas [14] Muy recientemente, se identificó un nuevo pliegue de glicosiltransferasa para las glicosiltransferasas involucradas en la biosíntesis de la cadena principal del polímero NAG-NAM del peptidoglicano . [15]
Se conocen muchos inhibidores de las glicosiltransferasas. Algunos de ellos son productos naturales, como la moenomicina , un inhibidor de las glicosiltransferasas de peptidoglicano, las nikkomicinas , inhibidores de la quitina sintasa, y las equinocandinas , inhibidores de las β-1,3-glucano sintasas fúngicas . Algunos inhibidores de las glicosiltransferasas se utilizan como fármacos o antibióticos. La moenomicina se utiliza en la alimentación animal como promotor del crecimiento. La caspofungina se ha desarrollado a partir de las equinocandinas y se utiliza como agente antifúngico. El etambutol es un inhibidor de las arabinotransferasas micobacterianas y se utiliza para el tratamiento de la tuberculosis. El lufenurón es un inhibidor de las síntesis de quitina de los insectos y se utiliza para controlar las pulgas en los animales. Se han diseñado inhibidores sintéticos de las glicosiltransferasas basados en imidazolio para su uso como agentes antimicrobianos y antisépticos. [16]
El sistema de grupo sanguíneo ABO está determinado por el tipo de glicosiltransferasas que se expresan en el cuerpo.
El locus del gen ABO que expresa las glicosiltransferasas tiene tres formas alélicas principales: A, B y O. El alelo A codifica la 1-3-N-acetilgalactosaminiltransferasa que une la α - N-acetilgalactosamina al extremo D-galactosa del antígeno H, produciendo el antígeno A. El alelo B codifica la 1-3-galactosiltransferasa que une la α-D-galactosa unida al extremo D-galactosa del antígeno H, creando el antígeno B. En el caso del alelo O, el exón 6 contiene una deleción que da como resultado una pérdida de actividad enzimática. El alelo O difiere ligeramente del alelo A por la deleción de un solo nucleótido: guanina en la posición 261. La deleción causa un cambio de marco y da como resultado la traducción de una proteína casi completamente diferente que carece de actividad enzimática. Esto da como resultado que el antígeno H permanezca sin cambios en el caso de los grupos O.
La combinación de glicosiltransferasas de ambos alelos presentes en cada persona determina si existe un tipo sanguíneo AB, A, B u O.
Las glicosiltransferasas se han utilizado ampliamente tanto en la síntesis dirigida de glicoconjugados específicos como en la síntesis de bibliotecas diferencialmente glicosiladas de fármacos, sondas biológicas o productos naturales en el contexto del descubrimiento y desarrollo de fármacos (un proceso conocido como glicoaleatorización ). [17] Las enzimas adecuadas se pueden aislar de fuentes naturales o producir de forma recombinante. Como alternativa, se han desarrollado sistemas basados en células completas que utilizan donantes de glicosil endógenos o sistemas basados en células que contienen sistemas clonados y expresados para la síntesis de donantes de glicosil. En los enfoques sin células, la aplicación a gran escala de las glicosiltransferasas para la síntesis de glicoconjugados ha requerido el acceso a grandes cantidades de donantes de glicosil. Por otro lado, se han desarrollado sistemas de reciclaje de nucleótidos que permiten la resíntesis de donantes de glicosil a partir del nucleótido liberado. El enfoque de reciclaje de nucleótidos tiene el beneficio adicional de reducir la cantidad de nucleótidos formados como subproducto, reduciendo así la cantidad de inhibición causada a la glicosiltransferasa de interés, una característica comúnmente observada del subproducto de nucleótidos.
