Glicosiltransferase - Glycosyltransferase
Glicosiltransferases ( GTFs , Gtfs ) são enzimas ( EC 2.4 ) que estabelecem ligações glicosídicas naturais. Eles catalisam a transferência de porções de sacarídeo de um açúcar de nucleotídeo ativado (também conhecido como " doador de glicosil ") para uma molécula aceitadora de glicosil nucleofílica , cujo nucleófilo pode ser oxigênio - carbono -, nitrogênio - ou enxofre .
O resultado da transferência de glicosil pode ser um carboidrato , glicosídeo , oligossacarídeo ou um polissacarídeo . Algumas glicosiltransferases catalisam a transferência para fosfato inorgânico ou água . A transferência de glicosil também pode ocorrer para resíduos de proteína , geralmente para tirosina , serina ou treonina para dar glicoproteínas ligadas a O , ou para asparagina para dar glicoproteínas ligadas a N. Grupos manosil podem ser transferidos para triptofano para gerar C-manosil triptofano , que é relativamente abundante em eucariotos. As transferases também podem usar lipídeos como aceitadores, formando glicolipídeos , e até mesmo usar doadores de fosfato de açúcar ligados a lipídeos, como dolicol fosfatos em organismos eucarióticos ou fosfato de undecaprenil em bactérias.
As glicosiltransferases que usam doadores de nucleotídeos de açúcar são as enzimas Leloir , em homenagem a Luis F. Leloir , o cientista que descobriu o primeiro nucleotídeo de açúcar e que recebeu o Prêmio Nobel de Química de 1970 por seu trabalho sobre o metabolismo de carboidratos. As glicosiltransferases que usam doadores não nucleotídeos, como dolicol ou pirofosfato de poliprenol, são glicosiltransferases não Leloir .
Os mamíferos usam apenas 9 doadores de nucleotídeos de açúcar para glicosiltransferases: UDP-glicose , UDP-galactose , UDP-GlcNAc , UDP-GalNAc , UDP-xilose , UDP-ácido glucurônico , GDP-manose , GDP-fucose e CMP-ácido siálico . O (s) fosfato (s) dessas moléculas doadoras são geralmente coordenados por cátions divalentes, como o manganês, no entanto, existem enzimas independentes de metal.
Muitas glicosiltransferases são proteínas transmembrana de passagem única e geralmente são ancoradas às membranas do aparelho de Golgi
Mecanismo
As glicosiltransferases podem ser segregadas em enzimas de "retenção" ou "inversão" de acordo com se a estereoquímica da ligação anomérica do doador é retida (α → α) ou invertida (α → β) durante a transferência. O mecanismo de inversão é direto, exigindo um único ataque nucleofílico do átomo de aceitação para inverter a estereoquímica.
O mecanismo de retenção tem sido uma questão de debate, mas existem fortes evidências contra um mecanismo de deslocamento duplo (que causaria duas inversões sobre o carbono anomérico para uma retenção líquida de estereoquímica) ou um mecanismo dissociativo (uma variante prevalente que era conhecida como SNi). Foi proposto um mecanismo "associativo ortogonal" que, semelhante às enzimas de inversão, requer apenas um único ataque nucleofílico de um aceitador de um ângulo não linear (como observado em muitas estruturas de cristal) para atingir a retenção do anômero.
Reversibilidade da reação
A recente descoberta da reversibilidade de muitas reações catalisadas pela inversão de glicosiltransferases serviu como uma mudança de paradigma no campo e levanta questões sobre a designação de nucleotídeos de açúcar como doadores 'ativados'.
Classificação por sequência
Os métodos de classificação baseados em sequências provaram ser uma forma poderosa de gerar hipóteses para a função de proteínas com base no alinhamento de sequências com proteínas relacionadas. O banco de dados de enzimas ativas com carboidratos apresenta uma classificação baseada em sequência de glicosiltransferases em mais de 90 famílias. Espera-se que a mesma dobra tridimensional ocorra dentro de cada uma das famílias.
Estrutura
Em contraste com a diversidade de estruturas 3D observada para hidrolases de glicosídeo , glicosiltransferase tem uma gama muito menor de estruturas. Na verdade, de acordo com o banco de dados de Classificação Estrutural de Proteínas , apenas três dobras diferentes foram observadas para glicosiltransferases. Muito recentemente, uma nova dobra de glicosiltransferase foi identificada para as glicosiltransferases envolvidas na biossíntese da estrutura do polímero NAG-NAM do peptidoglicano .
Inibidores
Muitos inibidores de glicosiltransferases são conhecidos. Alguns deles são produtos naturais, como a moenomicina , um inibidor das glicosiltransferases de peptidoglicanos, as nikkomicinas , inibidores da quitina sintase, e as equinocandinas , inibidores das β-1,3-glucano sintases fúngicas . Alguns inibidores da glicosiltransferase são usados como drogas ou antibióticos. A moenomicina é usada na alimentação animal como promotor de crescimento. A caspofungina foi desenvolvida a partir das equinocandinas e está em uso como agente antifúngico. O etambutol é um inibidor das arabinotransferases micobacterianas e é usado no tratamento da tuberculose. Lufenuron é um inibidor da síntese de quitina em insetos e é usado para controlar pulgas em animais. Os inibidores sintéticos de glicosiltransferases à base de imidazólio foram projetados para uso como agentes antimicrobianos e anti-sépticos.
Determinante do tipo sanguíneo
| Família glicosiltransferase 6 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | GT6 | ||||||||
| Pfam | PF03414 | ||||||||
| InterPro | IPR005076 | ||||||||
| Superfamília OPM | 199 | ||||||||
| Proteína OPM | 2rj6 | ||||||||
| Membranome | 468 | ||||||||
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O sistema de grupo sanguíneo ABO é determinado pelo tipo de glicosiltransferases expressas no corpo.
O locus do gene ABO que expressa as glicosiltransferases tem três formas alélicas principais: A, B e O. O alelo A codifica 1-3-N-acetilgalactosaminiltransferase que liga α -N-acetilgalactosamina à extremidade D-galactose do antígeno H, produzindo o A antígeno. O alelo B codifica 1-3-galactosiltransferase que se junta a α-D-galactose ligada à extremidade D-galactose do antígeno H, criando o antígeno B. No caso do alelo O, o exon 6 contém uma deleção que resulta na perda da atividade enzimática. O alelo O difere ligeiramente do alelo A pela deleção de um único nucleotídeo - Guanina na posição 261. A deleção causa uma mudança de quadro e resulta na tradução de uma proteína quase totalmente diferente que carece de atividade enzimática. Isso faz com que o antígeno H permaneça inalterado no caso dos grupos O.
A combinação de glicosiltransferases por ambos os alelos presentes em cada pessoa determina se há um tipo de sangue AB, A, B ou O.
Usos
As glicosiltransferases têm sido amplamente utilizadas na síntese direcionada de glicoconjugados específicos, bem como na síntese de bibliotecas diferencialmente glicosiladas de drogas, sondas biológicas ou produtos naturais no contexto da descoberta e desenvolvimento de drogas (um processo conhecido como glicorandomização ). As enzimas adequadas podem ser isoladas de fontes naturais ou produzidas de forma recombinante. Como alternativa, foram desenvolvidos sistemas baseados em células inteiras usando doadores de glicosil endógenos ou sistemas baseados em células contendo sistemas clonados e expressos para a síntese de doadores de glicosil. Em abordagens livres de células, a aplicação em grande escala de glicosiltransferases para a síntese de glicoconjugados exigiu acesso a grandes quantidades de doadores de glicosil. Por outro lado, foram desenvolvidos sistemas de reciclagem de nucleotídeos que permitem a ressíntese de doadores de glicosil a partir do nucleotídeo liberado. A abordagem de reciclagem de nucleotídeos tem um benefício adicional de reduzir a quantidade de nucleotídeo formado como um subproduto, reduzindo assim a quantidade de inibição causada pela glicosiltransferase de interesse - uma característica comumente observada do subproduto de nucleotídeo.
Veja também
- Química de carboidratos
- Glicosilação química
- Glucuronosiltransferase
- Glicogênio sintase
- Aceptor de glicosil
- Doador de glicosil
- Glicosilação
- Oligossacariltransferase
