Mirosinase - Myrosinase
| Tioglucosidase (Mirosinase) | |||||||||
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 Mirosinase de Sinapis alba . PDB 1e4m
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| Identificadores | |||||||||
| EC nº | 3.2.1.147 | ||||||||
| CAS no. | 9025-38-1 | ||||||||
| Bancos de dados | |||||||||
| IntEnz | Vista IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Entrada BRENDA | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme view | ||||||||
| KEGG | Entrada KEGG | ||||||||
| MetaCyc | via metabólica | ||||||||
| PRIAM | perfil | ||||||||
| Estruturas PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Ontologia Genética | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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A mirosinase ( EC 3.2.1.147 , tioglucosídeo glucohidrolase , sinigrinase e sinigrase ) é uma família de enzimas envolvidas na defesa das plantas contra herbívoros , especificamente a bomba de óleo de mostarda . A estrutura tridimensional foi elucidada e está disponível no PDB (ver links na infobox).
Membro da família da glicosídeo hidrolase , a mirosinase possui várias semelhanças com as O- glicosidases mais onipresentes . No entanto, a mirosinase é a única enzima conhecida encontrada na natureza que pode clivar uma glicose tio- ligada . Sua função biológica conhecida é catalisar a hidrólise de uma classe de compostos chamados glucosinolatos .
Atividade de mirosinase
A mirosinase é considerada uma enzima relacionada à defesa e é capaz de hidrolisar os glucosinolatos em vários compostos, alguns dos quais são tóxicos.
Mecanismo
A mirosinase catalisa a reação química
- um tioglucosido + H 2 O um açúcar + um tiol
Assim, os dois substratos dessa enzima são o tioglucosídeo e a H 2 O , enquanto seus dois produtos são o açúcar e o tiol .
Na presença de água , a mirosinase separa o grupo da glicose de um glucosinolato . A molécula restante então se converte rapidamente em um tiocianato , um isotiocianato ou um nitrila ; essas são as substâncias ativas que servem de defesa para a planta. A hidrólise de glucosinolatos pela mirosinase pode render uma variedade de produtos, dependendo de várias condições fisiológicas, como pH e a presença de certos cofatores . Observou-se que todas as reações conhecidas compartilham as mesmas etapas iniciais. (Ver Figura 2.) Primeiro, a ligação β-tioglucosídeo é clivada pela mirosinase, liberando D-glicose . A aglicona resultante sofre um rearranjo espontâneo semelhante ao de Lossen , liberando um sulfato . A última etapa do mecanismo está sujeita à maior variedade, dependendo das condições fisiológicas sob as quais a reação ocorre. Em pH neutro , o produto primário é o isotiocianato . Em condições ácidas (pH <3) e na presença de íons ferrosos ou proteínas epitiospecíferas, a formação de nitrilas é favorecida.
Co-fatores e inibidores
O ascorbato é um conhecido cofator da mirosinase, servindo como um catalisador básico na hidrólise do glucosinolato . Por exemplo, a mirosinase isolada de daikon ( Raphanus sativus ) demonstrou um aumento na V max de 2,06 μmol / min por mg de proteína para 280 μmol / min por mg de proteína no substrato, alil glucosinolato (sinigrina) quando na presença de 500 ascorbato µM. O sulfato , um subproduto da hidrólise do glucosinolato , foi identificado como um inibidor competitivo da mirosinase. Além disso, o 2-F-2-desoxibenzilglucosinolato, que foi sintetizado especificamente para estudar o mecanismo da mirosinase, inibe a enzima prendendo um dos resíduos de ácido glutâmico no sítio ativo , Glu 409.
Estrutura
A mirosinase existe como um dímero com subunidades de 60-70 kDa cada. A cristalografia de raios-X de mirosinase isolada de Sinapis alba revelou que as duas subunidades estão ligadas por um átomo de zinco. Acredita-se que a proeminência de pontes de sal , pontes de dissulfeto , ligações de hidrogênio e glicosilação contribuam para a estabilidade da enzima , especialmente quando a planta está sob ataque e sofre danos graves aos tecidos. Uma característica de muitas β- glucosidases são os resíduos de glutamato catalítico em seus locais ativos , mas dois deles foram substituídos por um único resíduo de glutamina na mirosinase. O ascorbato demonstrou substituir a atividade dos resíduos de glutamato. (Veja a Figura 3 para mecanismo.)
Função biológica
A mirosinase e seu substrato natural , o glucosinolato , são conhecidos por fazerem parte da resposta de defesa da planta . Quando a planta é atacada por patógenos , insetos ou outros herbívoros , a planta usa mirosinase para converter glucosinolatos , que são benignos, em produtos tóxicos como isotiocianatos , tiocianatos e nitrilos .
Compartimentação em plantas
O sistema de defesa glucosinolato-mirosinase é embalado na planta de uma maneira única. As plantas armazenam glucosinolatos de mirosinase por compartimentalização, de modo que o último é liberado e ativado apenas quando a planta está sob ataque. A mirosinase é armazenada em grande parte como grãos de mirosina nos vacúolos de idioblastos específicos chamados células de mirosina, mas também foram relatados em corpos protéicos ou vacúolos e como enzimas citosólicas que tendem a se ligar às membranas. Os glucosinolatos são armazenados em "células S" adjacentes, mas separadas. Quando a planta sofre danos nos tecidos, a mirosinase entra em contato com os glucosinolatos , ativando-os rapidamente em sua forma antibacteriana potente. Os mais potentes desses produtos são os isotiocianatos , seguidos pelos tiocianatos e nitrilos .
Evolução
As plantas conhecidas por terem desenvolvido um sistema de defesa de mirosinase-glucosinolato incluem: mostarda branca ( Sinapis alba ), agrião ( Lepidium sativum ), wasabi ( Wasabia japonica ), daikon ( Raphanus sativus ), bem como vários membros da família Brassicaceae , incluindo mostarda amarela ( Brassica juncea ), semente de colza ( Brassica napus ) e brássicas da dieta comum como brócolis , couve-flor , repolho , bok choy e couve . O gosto amargo de muitos desses vegetais pode frequentemente ser atribuído à hidrólise dos glucosinolatos devido a danos nos tecidos durante o preparo dos alimentos ou ao consumir esses vegetais crus. As sementes de mamão usam esse método de defesa, mas não a polpa da fruta em si.
A mirosinase também foi isolada do pulgão do repolho . Isso sugere a coevolução do pulgão do repolho com sua principal fonte de alimento. O pulgão emprega uma estratégia de defesa semelhante às plantas. Como sua principal fonte de alimento, o pulgão do repolho compartimentaliza sua mirosinase nativa e os glucosinolatos que ingere. Quando o pulgão do repolho é atacado e seus tecidos são danificados, seus glucosinolatos armazenados são ativados, produzindo isotiocianatos e impedindo que os predadores ataquem outros pulgões.
Relevância histórica e aplicações modernas
Agricultura
Historicamente, as culturas como colza que continha o sistema de glucosinolatos-mirosinase foram deliberadamente criada para minimizar o teor de glucosinolatos, desde colza na alimentação animal foi provando tóxica para o gado . O sistema glucosinolato-mirosinase foi investigado como um possível biofumigante para proteger as culturas contra pragas. Os potentes produtos de hidrólise de glucosinolato (GHPs) podem ser pulverizados nas plantações para impedir a herbivoria. Outra opção seria usar técnicas de engenharia genética para introduzir o sistema glucosinolato-mirosinase nas lavouras como forma de fortalecer sua resistência contra pragas.
Saúde humana
Isotiocianatos , o principal produto da hidrólise do glucosinolato, são conhecidos por prevenir a absorção de iodo pela tireóide , causando bócio . Os isotiocianatos em altas concentrações também são conhecidos por causar hepatotoxicidade ou danos ao fígado. No entanto, estudos mais recentes mostraram que dietas ricas em vegetais contendo glucosinolato, como brássicas dietéticas, foram associadas a riscos menores de doenças cardíacas, diabetes e câncer. Foi demonstrado que os isotiocianatos induzem enzimas de desintoxicação de fase II envolvidas no metabolismo xenobiótico de carcinógenos . Há evidências crescentes que sugerem que uma enzima semelhante à mirosinase também pode estar presente em membros do microbioma intestinal humano . Embora a mirosinase, como muitas enzimas , seja desnaturada em altas temperaturas e, portanto, perca sua atividade quando cozida, um micróbio intestinal capaz de catalisar a mesma hidrólise de glucosinolatos seria capaz de ativar glucosinolatos ingeridos em suas formas mais potentes, por exemplo, isotiocianatos.
De acordo com um artigo no The New England Journal of Medicine , uma mulher chinesa que comeu 1–1,5 kg (2,2–3,3 lb) de bok choy cru diariamente desenvolveu hipotireoidismo grave devido à ingestão excessiva de mirosinase.