Alfa-L-fucosidasa
La alfa-L-fucosidasa es una enzima hidrolítica que se encuentra en los lisosomas de los leucocitos y fibroblastos, principalmente. Esta enzima desarrolla una función muy importante en el metabolismo de ciertos glucolípidos, glucoproteínas y oligosacáridos, llamados fucósidos. La alfa-L-fucosidasa se encarga entonces de catalizar su hidrólisis. En efecto, mediante esta hidrólisis, se separa la fucosa del resto de la proteína, del glúcido o del lípido. La ausencia o la disfuncionalidad de esta enzima provoca una acumulación de todos estos componentes en los tejidos. Ésta es una enfermedad rara y se conoce con el nombre de fucosidosis. Recientemente, se han realizado estudios de investigación centrados en esta enzima que han mostrado que existen numerosas aplicaciones biomédicas, como por ejemplo, emplearla como marcador de células cancerígenas o incluso puede aportar grandes avances en la investigación del cáncer de mama.
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- alfa-L-fucosidasa; alfa-fucosidas; fucohidrolasa
externos
| α-L-fucosidasa | ||||
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| Estructuras disponibles | ||||
| PDB | ||||
| Identificadores | ||||
| Nomenclatura |
Otros nombres
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| Identificadores externos |
Bases de datos de enzimas
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| Número EC | 3.2.1.51 | |||
| Locus | Cr. 1 | |||
| Estructura/Función proteica | ||||
| Tamaño | 466 a.a. (aminoácidos) | |||
| Peso molecular | 53 689 (Da) | |||
| Tipo de proteína | Proteína homodimérica | |||
| Funciones | Hidrólisis L-fucosósidos, glicolípidos, glicoproteínas | |||
| Datos enzimáticos | ||||
| Actividad catalítica | α-L-fucósido + H2O -> L-Fucosa + Alcohol | |||
| Datos biotecnológicos/médicos | ||||
| Enfermedades | Fucosidosis | |||
| Información adicional | ||||
| Localización subcelular | Lisosoma (lumen lisosómico) | |||
| Ruta(s) | catabolismo de glúcidos; metabolismo de los esfingolípidos. | |||
| Ortólogos | ||||
| Especies |
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| PubMed (Búsqueda) |
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| PMC (Búsqueda) |
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La alfa-L-fucosidasa es una enzima hidrolítica que se encuentra en los lisosomas de los leucocitos y fibroblastos, principalmente. Esta enzima desarrolla una función muy importante en el metabolismo de ciertos glucolípidos, glucoproteínas y oligosacáridos, llamados fucósidos. La alfa-L-fucosidasa se encarga entonces de catalizar su hidrólisis. En efecto, mediante esta hidrólisis, se separa la fucosa (uno de los ocho monosacáridos esenciales de la especie humana) del resto de la proteína, del glúcido o del lípido. La ausencia o la disfuncionalidad de esta enzima provoca una acumulación de todos estos componentes en los tejidos. Ésta es una enfermedad rara y se conoce con el nombre de fucosidosis. Recientemente, se han realizado estudios de investigación centrados en esta enzima que han mostrado que existen numerosas aplicaciones biomédicas, como por ejemplo, emplearla como marcador de células cancerígenas o incluso puede aportar grandes avances en la investigación del cáncer de mama.
Es un enzima hidrolítica, que cataliza la hidrólisis de un alfa L-fucósido para dar lugar a un alcohol y L-fucosa. Tiene como funciones añadidas la hidrólisis de enlaces O-glicosídicos y la transglicosilación. La reacción química catalizada es la siguiente:
α-L-fucósido + H2O -----> L-fucosa + un alcohol
Clasificación
Esta enzima está incluida en el grupo de las hidrolasas, que son enzimas que catalizan la segmentación de un enlace químico con la adición de agua. Dentro de este grupo se encuentran las ácido anhídrido hidrolasas, las adenosilhomocisteinasas, las amidohidrolasas, las aminohidrolasas, las enzimas activadoras de complemento, las epóxido hidrolasas, las esterasas, la pancreatina, las péptido hidrolasas, las ureohidrolasas y finalmente las glicósido hidrolasas, a las cuales pertenece la alfa L fucosidasa.
La función de éstas es catalizar la hidrólisis del acoplamiento glicosídico para formar dos azúcares más pequeños. Son enzimas muy comunes con papeles importantes en la naturaleza, como por ejemplo la degradación de biomasa (celulosa y hemicelulosa), defensa antibacteriana (como las lisozimas), en mecanismos patogénicos y en funciones celulares normales (ajuste de manosidasas implicadas en la biosíntesis de glicoproteínas N-ligadas) Junto con las glicosil transferasas, las glicosidasas forman la principal maquinaria catalítica para la síntesis y ruptura de enlaces glucosídicos.
Estructura
Estructura terciaria y cuaternaria
La Alfa-L-fucosidasa es una proteína homodimérica, es decir, que está compuesta por dos cadenas de 466 aminoácidos cada una de los cuales los 31 primeros corresponden a la señal peptídica.
Secuencia de aminoácidos
La secuencia de aminoácidos presente en Homo sapiens de la enzima alfa-L-fucosidasa es:
MRAPGMRSRP AGPALLLLLL FLGAAESVRR AQPPRRYTPD WPSLDSRPLP 50 AWFDEAKFGV FIHWGVFSVP AWGSEWFWWH WQGEGRPQYQ RFMRDNYPPG 100 FSYADFGPQF TARFFHPEEW ADLFQAAGAK YVVLTTKHHE GFTNWPSPVS 150 WNWNSKDVGP HRDLVGELGT ALRKRNIRYG LYHSLLEWFH PLYLLDKKNG 200 FKTQHFVSAK TMPELYDLVN SYKPDLIWSD GEWECPDTYW NSTNFLSWLY 250 NDSPVKDEVV VNDRWGQNCS CHHGGYYNCE DKFKPQSLPD HKWEMCTSID 300 KFSWGYRRDM ALSDVTEESE IISELVQTVS LGGNYLLNIG PTKDGLIVPI 350 FQERLLAVGK WLSINGEAIY ASKPWRVQWE KNTTSVWYTS KGSAVYAIFL 400 HWPENGVLNL ESPITTSTTK ITMLGIQGDL KWSTDPDKGL FISLPQLPPS 450 AVPAEFAWTI KLTGVK 466
Centro activo
La secuencia de aminoácidos que aparece destacada en negrita corresponde al centro activo de la enzima, que se sitúa entonrno al aminoácido nº296. La secuencia destacada alterna un aaminoácido de cadena lateral hidrofóbica y otro de cadena lateral hidrofílica y/o cargada eléctricamente. De esta manera, los grupos hidrofóbicos se exponen hacia el interior de la proteína(sobre todo Trp, Met, y Ile), mientras que los hidrofílicos(Lys, Glu, Cys, Ser y Asp) se orientan hacia el exterior. Así pues, encontramos, en el centro activo, dos carboxilatos que serán cruciales para la catálisis de la hidrólisis.
Mecanismo de reacción
Es sabido que en el interior del lisosoma, el pH es ácido, en torno a 4,8. En efecto, este valor es cercano al pKa del aspartato y el glutamato, lo que justifica la presencia de la forma protonada i desprotonada del grupo carboxilo. Para la enzima estudiada, la hidrólisis se efectúa a través de un mecanismo de inversión, es decir, un residuo carboxilato empieza deprotonado y acaba protonado y el otro viceversa.
La reacción tiene lugar en dos etapas: En la primera etapa, el carboxilato actúa como una base y capta un protón de la molécula de agua para formar el ácido y el hidróxido. El balance de la primera etapa es el siguiente: ENZ-COO- +H2O →ENZ-COOH +HO- En la segunda etapa, el producto de la reacción anterior, el hidróxido nucleófilo ataca al carbono electrófilo, y se forma el enlace C-O, y mientras, el oxígeno del radical ataca al hidrógeno del otro ácido que libera el protón para formar el enlace H-O .
Propiedades
Podemos observar una serie de propiedades que son comunes entre las distintas hidrolasas y otras enzimas, pero a la vez encontramos algunos detalles que la caracterizan. Los estudios realizados para hallar sus propiedades químicas utilizaron como substrato el p-nitrofenil α-L-fucósido.
Distintas afinidades según el sustrato
Podemos observar que esta enzima presenta distinta afinidad respecto a distintos sustratos, eso se debe a que la fucosidasa presenta distintos valores de la constante de Michaelis y Menten (km). Por ejemplo, la enzima presenta una gran afinidad con 4-metilolumbelliferill-alfa-L-fucopiranósido, ya que su km es de 0,05 mM, eso significa que necesita esa poca concentración para adquirir la mitad de su velocidad máxima. En cambio, observamos menos afinidad con Fuc-alpha-(1-2)-Gal, con una km=2,9 mM.
| Sustrato | Km(mM) |
| Fuc-alpha-(1-2)-Gal | 2,9 |
| 4-methylumbelliferyl-alpha-L-fucopyranoside | 0,05 |
Inhibidores
Esta hidrolasa, también presenta diferentes inhibidores que disminuyen su afinidad con el sustrato, o que la paralizan. Estas moléculas se mesuran con una constante de disociación (Ki). Por ejemplo tenemos los siguientes inhibidores:
| Inhibidor | Ki |
| 3-(1H-indol-3-yl)-N-(((2R,3R,4R,5R,6S)-3,4,5-trihydroxy-6-methylpiperidin-2-yl)methyl)propanamide | 0,0000056 |
| (R)-2-aminobutanol | 200 |
Parámetros funcionales
En la siguiente tabla se especifica el rango en que la enzima es funcional, pero el pH óptimo y la temperatura óptima dependerá de más factores como el sustrato, dónde se desarrolle la reacción, de la isoformidad de la enzima, etc. Ahora bien, si sobrepasamos estos rangos, la proteína se desnaturalizará.
| Parámetro | mín. | máx. |
| pH | 3,9 | 6,9 |
| pI | 6 | 7,1 |
Otro parámetro funcional importante es la temperatura. La temperatura óptima de funcionamiento para la enzima es de 37 °C.
Biosíntesis
La biosíntesis de la enzima alfa-L-Fucosidasa está codificada por el gen 1p36-p34 (Locus FUCA1). Consiguientemente, se desarrolla la biosíntesis común proteica, en parte en el citosol y otra parte en el retículo endoplasmático rugoso, donde adquirirá los oligosacáridos correspondientes y hallará su estructura terciaria correcta con la ayuda de la proteína chaperona. También en el retículo endoplasmático rugoso, se le añadirá una Manosa, que se fosforilizará en su sexto enlace en el Aparato de Golgi por una kinasa. Así, la enzima seguirá su proceso hasta llegar al compartimento endosomal, donde mediante un bombardeo de protones y un pH ácido, se disociará del receptor Manosa-6-Fosfato adquiriendo su funcionalidad. Finalmente por la vía de vesículas de transporte, la enzima será transportada en el lisosoma, donde hallará su función.
