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mirosinasa

La mirosinasa ( EC 3.2.1.147, tioglucósido glucohidrolasa , sinigrinasa y sinigrasa ) es una familia de enzimas implicadas en la defensa de las plantas contra los herbívoros , específicamente la bomba de aceite de mostaza . La estructura tridimensional ha sido aclarada y está disponible en el PDB (ver enlaces en el cuadro de información).

Miembro de la familia de las glucósidos hidrolasas , la mirosinasa posee varias similitudes con las O- glucosidasas más ubicuas . [2] [3] Sin embargo, la mirosinasa es la única enzima conocida que se encuentra en la naturaleza y que puede escindir una glucosa unida a tio . Su función biológica conocida es catalizar la hidrólisis de una clase de compuestos llamados glucosinolatos . [4]

Actividad mirosinasa

La mirosinasa se considera una enzima relacionada con la defensa y es capaz de hidrolizar los glucosinolatos en varios compuestos, algunos de los cuales son tóxicos. [5]

Mecanismo

La mirosinasa cataliza la reacción química.

un tioglucósido + H 2 O un azúcar + un tiol

Así, los dos sustratos de esta enzima son el tioglucósido y el H2O , mientras que sus dos productos son el azúcar y el tiol .

En presencia de agua , la mirosinasa escinde el grupo glucosa de un glucosinolato . La molécula restante se convierte rápidamente en un tiocianato , un isotiocianato o un nitrilo ; estas son las sustancias activas que sirven de defensa a la planta. La hidrólisis de glucosinolatos por mirosinasa puede producir una variedad de productos, dependiendo de diversas condiciones fisiológicas como el pH y la presencia de ciertos cofactores . Se ha observado que todas las reacciones conocidas comparten los mismos pasos iniciales. (Ver Figura 2.) Primero, la mirosinasa escinde el enlace β-tioglucósido, liberando D-glucosa . La aglicona resultante sufre un reordenamiento espontáneo similar al de Lossen , liberando un sulfato . El último paso del mecanismo está sujeto a la mayor variedad dependiendo de las condiciones fisiológicas en las que se produce la reacción. A pH neutro , el producto principal es el isotiocianato . En condiciones ácidas (pH < 3), y en presencia de iones ferrosos o proteínas epitioespecíficas, se favorece la formación de nitrilos . [2] [6]

Mecanismo de hidrólisis de glucosinolato por mirosinasa.
Figura 2: Mecanismo de hidrólisis de glucosinolato por mirosinasa. [2]

Cofactores e inhibidores

El ascorbato es un cofactor conocido de la mirosinasa y actúa como catalizador básico en la hidrólisis de glucosinolatos . [1] [7] Por ejemplo, la mirosinasa aislada de daikon ( Raphanus sativus ) demostró un aumento en la V máx de 2,06 μmol/min por mg de proteína a 280 μmol/min por mg de proteína en el sustrato, el glucosinolato de alilo (sinigrina). cuando está en presencia de ascorbato 500 μM. [4] El sulfato , un subproducto de la hidrólisis del glucosinolato , ha sido identificado como un inhibidor competitivo de la mirosinasa. [4] Además, el 2-F-2-desoxibencilglucosinolato, que se sintetizó específicamente para estudiar el mecanismo de la mirosinasa, inhibe la enzima atrapando uno de los residuos de ácido glutámico en el sitio activo , Glu 409. [3] [8]

Estructura

La mirosinasa existe como un dímero con subunidades de 60 a 70 kDa cada una. [9] [10] La cristalografía de rayos X de la mirosinasa aislada de Sinapis alba reveló que las dos subunidades están unidas por un átomo de zinc. [7] Se cree que la prominencia de los puentes salinos , los puentes disulfuro , los enlaces de hidrógeno y la glicosilación contribuyen a la estabilidad de la enzima , especialmente cuando la planta está bajo ataque y experimenta daños tisulares graves. [2] Una característica de muchas β- glucosidasas son los residuos catalíticos de glutamato en sus sitios activos , pero dos de ellos han sido reemplazados por un único residuo de glutamina en la mirosinasa. [3] [11] Se ha demostrado que el ascorbato sustituye la actividad de los residuos de glutamato. [1] (Consulte la Figura 3 para ver el mecanismo).

Primer paso de la hidrólisis de glucosinolato por mirosinasa que muestra sitio activo y cofactor ascorbato.
Figura 3: Sitio activo de la mirosinasa durante el primer paso de la hidrólisis del glucosinolato . Aquí, el ascorbato se utiliza como cofactor para sustituir el segundo glutamato catalítico faltante con el fin de escindir la glucosa unida a tio . [3]

función biológica

Se sabe que la mirosinasa y su sustrato natural , el glucosinolato , forman parte de la respuesta de defensa de la planta . Cuando la planta es atacada por patógenos , insectos u otros herbívoros , la planta utiliza mirosinasa para convertir los glucosinolatos , que de otro modo serían benignos, en productos tóxicos como isotiocianatos , tiocianatos y nitrilos . [2]

Compartimentación en plantas.

El sistema defensivo glucosinolato-mirosinasa está empaquetado en la planta de una manera única. Las plantas almacenan glucosinolatos de mirosinasa mediante compartimentación, de modo que estos últimos se liberan y activan sólo cuando la planta está bajo ataque. La mirosinasa se almacena en gran medida como granos de mirosina en las vacuolas de idioblastos particulares llamados células de mirosina, pero también se ha informado en cuerpos proteicos o vacuolas y como enzimas citosólicas que tienden a unirse a las membranas. [12] [13] Los glucosinolatos se almacenan en "células S" adyacentes pero separadas. [14] Cuando la planta experimenta daño tisular, la mirosinasa entra en contacto con los glucosinolatos , activándolos rápidamente en su forma potente y antibacteriana. [2] Los más potentes de estos productos son los isotiocianatos , seguidos de los tiocianatos y los nitrilos . [15]

Evolución

Las plantas que se sabe que han desarrollado un sistema de defensa de mirosinasa-glucosinolato incluyen: mostaza blanca ( Sinapis alba ), [9] berro ( Lepidium sativum ), [16] wasabi ( Wasabia japonica ), [17] y daikon ( Raphanus sativus ), [ 18] [19] así como varios miembros de la familia Brassicaceae , incluida la mostaza amarilla ( Brassica juncea ), [20] la semilla de colza ( Brassica napus ), [21] y las brassicas dietéticas comunes como el brócoli , la coliflor, el repollo , el bok choy , y col rizada . [2] El regusto amargo de muchas de estas verduras a menudo se puede atribuir a la hidrólisis de los glucosinolatos tras el daño tisular durante la preparación de los alimentos o al consumir estas verduras crudas. [2] Las semillas de papaya utilizan este método de defensa, pero no la pulpa de la fruta en sí. [22]

También se ha aislado mirosinasa del pulgón de la col . [23] Esto sugiere una coevolución del pulgón de la col con su principal fuente de alimento. El pulgón emplea una estrategia de defensa similar a la de las plantas. Como su principal fuente de alimento, el pulgón de la col compartimenta su mirosinasa nativa y los glucosinolatos que ingiere. Cuando el pulgón de la col es atacado y sus tejidos se dañan, sus glucosinolatos almacenados se activan, produciendo isotiocianatos y disuadiendo a los depredadores de atacar a otros pulgones. [24]

Relevancia histórica y aplicaciones modernas.

Agricultura

Históricamente, los cultivos como la colza que contenían el sistema glucosinolato-mirosinasa se cultivaban deliberadamente para minimizar el contenido de glucosinolato, ya que la colza en la alimentación animal estaba demostrando ser tóxica para el ganado . [25] El sistema glucosinolato-mirosinasa ha sido investigado como un posible biofumigante para proteger los cultivos contra plagas. Los potentes productos de hidrólisis de glucosinolatos (GHP) podrían pulverizarse sobre los cultivos para disuadir la herbivoría. Otra opción sería utilizar técnicas de ingeniería genética para introducir el sistema glucosinolato-mirosinasa en los cultivos como forma de fortalecer su resistencia contra las plagas. [15]

Efectos en la salud

Se sabe que los isotiocianatos , el producto principal de la hidrólisis del glucosinolato, previenen la absorción de yodo en la tiroides , lo que provoca bocio . [26] Los isotiocianatos en altas concentraciones pueden causar hepatotoxicidad . [4] No hay evidencia científica suficiente de que el consumo de vegetales crucíferos con una mayor ingesta de isotiocianatos afecte el riesgo de enfermedades humanas. [27]

Referencias

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