Esfingomielina fosfodiesterase - Sphingomyelin phosphodiesterase

Esfingomielina fosfodiesterase
Estrutura cristalina da esfingomielinase de Bacillus cereus .
Identificadores
EC nº	3.1.4.12
CAS no.	9031-54-3
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 esfingomielina fosfodiesterase ( EC 3.1.4.12 , também conhecida como esfingomielinase neutra , esfingomielinase ou SMase ) é uma enzima hidrolase que está envolvida nas reações do metabolismo dos esfingolipídios . SMase é um membro da  superfamília de enzimas DNase I e é responsável por quebrar a esfingomielina (SM) em fosfocolina e ceramida . A ativação da SMase tem sido sugerida como uma das principais vias para a produção de ceramida em resposta ao estresse celular.

Família esfingomielinase

Cinco tipos de SMase foram identificados. Estes são classificados de acordo com sua dependência de cátions e pH ótimo de ação e são:

• SMase de ácido lisossomal
• SMase ácida dependente de zinco secretada
• SMase neutra dependente de magnésio
• SMase neutro independente de magnésio
• Alcalina SMase

Destes, o SMase ácido lisossomal e o SMase neutro dependente de magnésio são considerados os principais candidatos para a produção de ceramida na resposta celular ao estresse.

Esfingomielinase neutra

A atividade da esfingomielinase neutra (N-SMase) foi descrita pela primeira vez em fibroblastos de pacientes com doença de Niemann-Pick - uma doença de armazenamento lisossomal caracterizada por deficiências em SMase ácida. O estudo subsequente descobriu que esta enzima era o produto de um gene distinto, tinha um pH ótimo de 7,4, era dependente de íons Mg ²⁺ para atividade e era particularmente enriquecida no cérebro. No entanto, um estudo mais recente em cérebro de bovinos sugeriu a existência de múltiplas isoformas de N-SMase com diferentes propriedades bioquímicas e cromatográficas.

Um grande avanço veio em meados da década de 1980 com a clonagem das primeiras N-SMases de Bacillus cereus e Staphylococcus aureus . O uso das sequências dessas esfingomielinases bacterianas em pesquisas de homologia levou, em última instância, à identificação da levedura N-SMases ISC1 na levedura Saccharomyces cerevisiae e nas enzimas N-SMase de mamíferos, nSMase1 e nSMase2. A identidade entre SMases de mamíferos, leveduras e bactérias é muito baixa - sendo aproximadamente 20% entre nSMase2 e B. cereus SMase. No entanto, um alinhamento das sequências (ver figura) indica uma série de resíduos conservados em toda a família, particularmente na região catalítica das enzimas. Isso levou à sugestão de um mecanismo catalítico comum para a família N-SMase.

Uma terceira proteína N-SMase - denominada nSMase3 - foi recentemente clonada e caracterizada. nSMase3 tem pouca semelhança de sequência com nSMase1 ou nSMase2. No entanto, parece haver um alto grau de conservação evolutiva de organismos inferiores para superiores, sugerindo que pode compreender uma N-SMase única e distinta. A alta expressão de nSMase3 no coração e no músculo esquelético também sugere papéis potenciais na função cardíaca.

Site ativo

Visão ampliada do sítio ativo SMase com íons Co ²⁺ ligados, mostrando resíduos responsáveis ​​pela ligação de cátions de metal divalente. Do PDB : 2dds .

A resolução da estrutura cristalina da esfingomielinase neutra de Listeria ivanovii e Bacillus cereus permitiu uma compreensão mais completa de seu sítio enzimático. O sítio ativo de B. cereus SMase compreende os resíduos Asn -16, Glu -53, Asp -195, Asn-197 e His -296. Destes, os resíduos Glu-53, Asp-195 e His-296 são conhecidos por serem essenciais para a atividade. As atividades catalíticas relativas de SMase quando íons metálicos estão ligados ao sítio ativo foram estudadas para íons metálicos divalentes Co ²⁺ , Mn ²⁺ , Mg ²⁺ , Ca ²⁺ e Sr ²⁺ . Destes cinco íons metálicos, Co ²⁺ , Mn ²⁺ e Mg ²⁺ ligados ao sítio ativo resultam em alta atividade catalítica de SMase. O Ca ²⁺ e o Sr ²⁺ ligados ao sítio ativo exibem muito menor atividade catalítica da SMase. Quando um íon Mg ²⁺ ou dois íons Co ²⁺ se ligam ao sítio ativo, a geometria hexa- coordenada dupla resulta com duas bipirâmides octaédricas para Co ²⁺ e uma bipirâmide octaédrica para Mg ²⁺ . Quando um íon Ca ²⁺ se liga ao sítio ativo, o resultado é uma geometria coordenada por hepta. Portanto, prevê-se que a diferença na atividade catalítica para íons metálicos seja devido a diferenças geométricas. De Co ²⁺ e Mg ²⁺ , SMase tem melhor reatividade quando dois íons de Co ²⁺ estão ligados a SMase; quando esses íons Co ²⁺ estão ligados, Glu-53 e His-296 se ligam a um cátion de metal divalente. Esses cátions são circundados por moléculas de água em ponte e funcionam como ácidos de Lewis .

Mecanismo

A resolução da estrutura cristalina da esfingomielinase neutra de Listeria ivanovii e Bacillus cereus também lançou luz sobre seus mecanismos catalíticos. O sítio ativo de SMase contém resíduos Glu e His que estão ligados a um ou dois cátions metálicos divalentes, geralmente Co ²⁺ , Mg ²⁺ ou Ca ²⁺ para um desempenho ideal. Esses dois cátions auxiliam na catálise, recrutando SM para o sítio ativo de SMase. O cátion divalente ligado ao resíduo Glu interage com o amido-oxigênio e éster -oxigênio entre C1 e o grupo fosfato de SM; um resíduo Asn e o cátion de metal divalente ligado ao resíduo His ligam-se aos átomos de oxigênio do grupo fosfato de SM. Isso estabiliza a carga negativa do grupo fosfato. O cátion metálico ligado ao resíduo His e às cadeias laterais Asp e Asn reduzem o valor de pKa de uma das moléculas de água em ponte, ativando assim uma molécula de água. Esta molécula de água atua então como um nucleófilo e ataca o grupo fosfato de SM, criando um átomo de fósforo pentavalente cuja carga negativa é estabilizada pelos cátions metálicos divalentes. O fosfato então reforma sua conformação tetraédrica e resulta nos produtos ceramida e fosfocolina . No entanto, atualmente não está claro se o mecanismo de ação da esfingomielinase ácida é o mesmo, devido à falta de uma estrutura cristalina.

Referências

Leitura adicional

• "Bacterial toxin closes gate on immun response" 2008-02-13

links externos

• Esfingomielina + Fosfodiesterase na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA. Cabeçalhos de Assuntos Médicos (MeSH)