Quitinase - Chitinase

Quitinase de sementes de cevada

Quitinases ( quitodextrinase , 1,4-beta-poli-N-acetilglucosaminidase , poli-beta-glucosaminidase , beta-1,4-poli-N-acetil glucosamidinase , poli [1,4- (N-acetil-beta-D- glucosaminida)] glicano-hidrolase , (1-> 4) -2-acetamido-2-desoxi-beta-D-glucano glicano-hidrolase ) são enzimas hidrolíticas que quebram as ligações glicosídicas na quitina .

Como a quitina é um componente das paredes celulares de fungos e elementos exoesqueléticos de alguns animais (incluindo moluscos e artrópodes ), as quitinases são geralmente encontradas em organismos que precisam remodelar sua própria quitina ou dissolver e digerir a quitina de fungos ou animais.

Distribuição de espécies

Os organismos quitinívoros incluem muitas bactérias ( Aeromonads , Bacillus , Vibrio , entre outras), que podem ser patogênicas ou detritívoras. Eles atacam artrópodes vivos , zooplâncton ou fungos ou podem degradar os restos desses organismos.

Fungos, como Coccidioides immitis , também possuem quitinases degradativas relacionadas ao seu papel como detritívoros e também ao seu potencial como patógenos artrópodes.

As quitinases também estão presentes em plantas (quitinase de semente de cevada: PDB : 1CNS , EC 3.2.1.14 ); algumas delas são proteínas relacionadas à patogênese (PR) que são induzidas como parte da resistência adquirida sistêmica. A expressão é mediada pelo gene NPR1 e pela via do ácido salicílico, ambos envolvidos na resistência ao ataque de fungos e insetos. Outras quitinases vegetais podem ser necessárias para a criação de simbioses fúngicas.

Embora os mamíferos não produzam quitina, eles têm duas quitinases funcionais, Quitotriosidase (CHIT1) e quitinase ácida de mamíferos (AMCase), bem como proteínas semelhantes à quitinase (como YKL-40 ) que têm alta similaridade de sequência, mas não têm atividade de quitinase.

Classificação

1. As endocitinases ( EC 3.2.1.14 ) dividem aleatoriamente a quitina em locais internos da microfibrila de quitina, formando produtos multímeros solúveis de baixa massa molecular . Os produtos multímeros incluem di-acetilquitobiose, quitotriose e quitotetraose, com o dímero sendo o produto predominante.
   

   Endochitinase decompondo quitina em produtos multímeros.
2. As exochitinases também foram divididas em duas subcategorias:
   1. As quitobiosidases ( EC 3.2.1.29 ) atuam na extremidade não redutora da microfibrila de quitina, liberando o dímero, di-acetilquitobiose, um a um da cadeia de quitina. Portanto, não há liberação de monossacarídeos ou oligossacarídeos nesta reação.
   2. As β-1,4- N- acetilglucosaminidases ( EC 3.2.1.30 ) dividem os produtos multímeros, tais como di-acetilquitobiose, quitotriose e quitotetraose, em monômeros de N- acetilglucoseamina (GlcNAc).

Exochitinase quebrando quitina em dímeros via quitobiosidase e monômeros via β-1,4 N-acetilglucosaminidase.

As quitinases também foram classificadas com base nas sequências de aminoácidos, pois isso seria mais útil para entender as relações evolutivas dessas enzimas umas com as outras. Portanto, as quitinases foram agrupadas em três famílias : 18 , 19 e 20 . Ambas as famílias 18 e 19 consistem em endocitinases de uma variedade de organismos diferentes, incluindo vírus, bactérias, fungos, insetos e plantas. No entanto, a família 19 compreende principalmente quitinases vegetais. A família 20 inclui N- acetilglucosaminidase e uma enzima semelhante, N- acetilhexosaminidase .

E como as sequências de genes das quitinases eram conhecidas, elas foram posteriormente classificadas em seis classes com base em suas sequências. As características que determinaram as classes de quitinases foram a sequência N-terminal, localização da enzima, pH isoelétrico , peptídeo sinal e indutores .

As quitinases de classe I tinham um peptídeo sinal N-terminal rico em cisteína, rico em leucina ou valina e localização vacuolar . E então, as quitinases de Classe I foram subdivididas com base em sua natureza ácida ou básica em Classe Ia e Classe Ib, respectivamente. Descobriu-se que as quitinases de classe 1 compreendem apenas quitinases de plantas e principalmente endocitinases.

As quitinases de Classe II não tinham o terminal N rico em cisteína, mas tinham uma sequência semelhante às quitinases de Classe I. As quitinases de classe II foram encontradas em plantas, fungos e bactérias e consistiam principalmente em exochitinases.

As quitinases de classe III não tinham sequências semelhantes às quitinases de classe I ou classe II.

As quitinases de classe IV tinham características semelhantes, incluindo as propriedades imunológicas, às quitinases de classe I. No entanto, as quitinases de Classe IV eram significativamente menores em tamanho em comparação com as quitinases de Classe I.

As quitinases de Classe V e Classe VI não estão bem caracterizadas. No entanto, um exemplo de uma quitinase Classe V mostrou dois domínios de ligação de quitina em tandem e, com base na sequência do gene, o terminal N rico em cisteína parecia ter sido perdido durante a evolução, provavelmente devido à menor pressão de seleção que causou o domínio catalítico perder sua função.

Função

Como a celulose, a quitina é um biopolímero abundante que é relativamente resistente à degradação. Muitos mamíferos podem digerir a quitina e os níveis específicos de quitinase em espécies de vertebrados são adaptados aos seus comportamentos alimentares. Certos peixes são capazes de digerir a quitina. As quitinases foram isoladas dos estômagos de mamíferos, incluindo humanos.

A atividade da quitinase também pode ser detectada no sangue humano e possivelmente na cartilagem . Como nas quitinases vegetais, isso pode estar relacionado à resistência a patógenos.

Significado clínico

A produção de quitinases no corpo humano (conhecidas como "quitinases humanas") pode ser em resposta a alergias , e a asma tem sido associada a níveis aumentados de expressão de quitinase.

As quitinases humanas podem explicar a ligação entre algumas das alergias mais comuns ( ácaros , esporos de mofo - ambos os quais contêm quitina) e infecções por vermes ( helmintos ), como parte de uma versão da hipótese de higiene (vermes têm aparelhos bucais quitinosos para segurar o parede intestinal). Finalmente, a ligação entre as quitinases e o ácido salicílico nas plantas está bem estabelecida - mas existe uma ligação hipotética entre o ácido salicílico e as alergias em humanos.

Regulação em fungos

A regulação varia de espécie para espécie e, dentro de um organismo, as quitinases com diferentes funções fisiológicas estariam sob diferentes mecanismos de regulação. Por exemplo, as quitinases que estão envolvidas na manutenção, como a remodelação da parede celular, são expressas constitutivamente. No entanto, as quitinases que têm funções especializadas, como a degradação da quitina exógena ou a participação na divisão celular, precisam de regulação espaço-temporal da atividade da quitinase.

A regulação de uma endocitinase em Trichoderma atroviride é dependente de uma N- acetilglucosaminidase, e os dados indicam um feedback-loop onde a quebra da quitina produz N- acetilglucosamina, que seria possivelmente captada e desencadearia a regulação das quitinbiosidases.

Em Saccharomyces cerevisiae e a regulação de ScCts1p ( S. cerevisiae quitinase 1), uma das quitinases envolvidas na separação celular após citocinese por degradar a quitina do septo primário . Como esses tipos de quitinases são importantes na divisão celular , deve haver uma regulação e ativação rígidas. Especificamente, a expressão de Cts1 deve ser ativada em células-filhas durante a mitose tardia e a proteína deve se localizar no local-filho do septo. E para fazer isso, deve haver coordenação com outras redes que controlam as diferentes fases da célula, como Cdc14 Early Anaphase Release (FEAR) , rede de saída mitótica (MEN) e regulação de Ace2p (fator de transcrição) e morfogênese celular (RAM ) redes de sinalização. No geral, a integração das diferentes redes regulatórias permite que a quitinase degradante da parede celular funcione de acordo com o estágio da célula no ciclo celular e em locais específicos entre as células-filhas.

Presença na comida

As quitinases ocorrem naturalmente em muitos alimentos comuns. Phasoleus vulgaris , bananas, castanhas, kiwis, abacates, mamões e tomates, por exemplo, todos contêm níveis significativos de quitinase, como defesa contra o ataque de fungos e invertebrados. Estresse, ou sinais ambientais, como gás etileno , podem estimular o aumento da produção de quitinase.

Algumas partes das moléculas de quitinase, quase idênticas em estrutura à heveína ou outras proteínas do látex da borracha, devido à sua função semelhante na defesa da planta, podem desencadear uma reação alérgica cruzada conhecida como síndrome do látex do fruto .

Formulários

As quitinases têm uma grande variedade de aplicações, algumas das quais já realizadas pela indústria. Isso inclui a bio-conversão de quitina em produtos úteis, como fertilizantes , a produção de materiais não alergênicos, não tóxicos, biocompatíveis e biodegradáveis ( lentes de contato , pele artificial e suturas com essas qualidades já estão sendo produzidos) e aprimoramento de inseticidas e fungicidas . A quitinase de Phaseolus vulgaris - quitinase do feijão , BCH - foi transgenicamente inserida como um dissuasor de pragas em plantações totalmente não relacionadas.

Possíveis aplicações futuras de quitinases são como aditivos alimentares para aumentar a vida útil, agente terapêutico para asma e rinossinusite crônica , como um remédio antifúngico, um medicamento antitumoral e como um ingrediente geral para ser usado na engenharia de proteínas .

Veja também

• Ligninase

Referências

links externos

• Quitinase nos cabeçalhos de assuntos médicos da Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA (MeSH)
• A estrutura de raios-X de uma quitinase do fungo patogênico Coccidioides immitis