Hen Egg-White (HEW) Lysozyme

From Proteopedia

proteopedia linkproteopedia link

>

Lisoz de clara de ovo, 1HEW (desça até a seção de estrutura para figura interativa)

Lysozyme – também conhecida como muramidase – é uma enzima poderosa encontrada em abundância em lágrimas, saliva e leite humano. Em humanos, ela é codificada no gene LYZ. Por ser uma proteína pequena, facilmente disponível e altamente estável, ela tem sido objeto de extensa pesquisa quanto à sua função e estrutura.

Introdução

Lysozyme atua como uma defesa não específica contra bactérias e fungos. É um componente do sistema imunológico inato, e é uma parte importante da dieta de uma criança para evitar diarréia. É uma enzima conhecida pela sua capacidade de degradar a arquitectura polissacarídica de muitos tipos de paredes celulares, normalmente com o objectivo de protecção contra infecções bacterianas. A estrutura da lisozima da clara de ovo (HEW), o foco deste artigo, é mostrado à direita. A atividade antibacteriana da clara de galinha foi descrita pela primeira vez por Laschtschenko em 1909. Foi caracterizada e denominada “lisozima” por Alexander Fleming, a mesma pessoa creditada pela descoberta da penicilina. A descoberta da actividade enzimática foi por acidente; durante a experiência não relacionada, foram introduzidos, inadvertidamente, gotejamentos nasais numa placa de petri contendo uma cultura bacteriana, cuja cultura exibia, consequentemente, os resultados de uma reacção enzimática ainda desconhecida. A observação desta reação desconhecida levou a pesquisas adicionais sobre os componentes desta reação, bem como à correspondente identificação da recém-descoberta “lisozima”. Em 1965, David C. Phillips e colegas de trabalho determinaram a estrutura tridimensional da lisozima com uma resolução de 2 Å . O trabalho de Phillips foi especialmente inovador, uma vez que Phillips tinha conseguido elucidar com sucesso a estrutura de uma enzima via cristalografia de raios X – um feito que nunca antes tinha sido alcançado. A pesquisa de Phillips também levou a uma hipótese baseada na estrutura de seu mecanismo de ação.

Função

O substrato particular de preferência para este tipo de clivagem é um (NAG-NAM)₃ hexasacarídeo, dentro do qual o substrato ocorre a ligação glicosídica alvo de clivagem, NAM₄-β-O-NAG₅. As unidades de ligação hexassacarídeo individuais são designadas por A-F, com NAM₄-β-O-NAG₅ preferência pela clivagem da ligação glicosídica correspondente a uma unidade D-E de ligação glicosídica cl

Lysozyme é conhecida por danificar as paredes celulares bacterianas ao catalisar a hidrólise de 1,4-beta-ligações entre o ácido N-acetilmurâmico (NAM) e os resíduos de N-acetil-D-glucosamina (NAG) no peptidoglicano, e entre os resíduos de N-acetil-D-glucosamina na quitodextrina. Desta forma, a lisozima é eficiente na lisagem das paredes celulares tanto das bactérias como dos fungos. A localização da clivagem para lisozima neste tema arquitetônico é o β(1-4) ligação glicosídica ligando o carbono C1 do NAM ao carbono C4 do NAG.

O substrato particular de preferência para este tipo de clivagem é um (NAG-NAM)₃ hexasacarídeo, dentro do qual ocorre o substrato da ligação glicosídica alvo da clivagem, NAM₄-β-O-NAG₅. As unidades de ligação hexassacarídeo individuais são designadas A-F, com NAM₄-β-O-NAG₅ preferência pela clivagem da ligação glicosídica correspondente a uma unidade D-E preferência pela clivagem da ligação glicosídica. Dependendo do organismo do qual a lisozima é obtida, a hidrólise da ligação glicosídica procede com retenção da configuração no carbono anomérico (clara de galinha) ou com inversão (ganso, fago T4).

Lisozima atua eficientemente em polímeros longos (NAG-NAM) ou (NAG). Como o comprimento da cadeia fica menor que seis monômeros, as taxas catalíticas caem substancialmente; na verdade, os trissacarídeos atuam como inibidores competitivos ligando-se ao local ativo em um registro não-produtivo.

Mecanismo

Hidrólise de ligações glicosídicas por lisozima de clara de ovo procede com a retenção da configuração. Em 1953, Koshland sugeriu que, em geral, a retenção da configuração implica um mecanismo de duplo deslocamento (enquanto que a inversão da configuração implica um único deslocamento). Durante décadas, duas hipóteses mecanicistas concorrentes (Phillips: mecanismo dissociativo com intermediário oxocarbênio; Koshland: mecanismo associativo de dois passos com complexo enzimático covalente como intermediário) foram consideradas, com dados de 2001 inclinando a escala para a existência de um intermediário covalente. A ausência de uma estrutura complexa de substrato certamente contribuiu para dificuldades na distinção entre possíveis mecanismos, assim como a existência de dois mecanismos distintos (retenção e inversão de configuração) dentro da mesma família estrutural de enzimas (por exemplo hen vs goose enzyme).

Lisozima hidrolisa um glicosídeo (daí a classificação familiar da lisozima como uma glicosilase), que corresponde à conversão de um acetal em um hemiacetal. A reação prossegue em dois passos, como mostra a figura acima. No primeiro passo, a Asp 52 age como nucleófilo e parte do açúcar é o grupo de saída. No segundo passo, a água atua como nucleófilo e a Asp 52 atua como grupo de saída. Os dois passos invertem a configuração no carbono anomérico, levando a uma retenção geral da configuração. O Glu 35 atua como um ácido no primeiro passo (protonando o açúcar a ligação glicosídica para torná-lo um melhor eletrofilo) e como base no segundo passo (desprotonificando a água para torná-lo um melhor nucleófilo). Enquanto a figura mostra alguns dos açúcares em uma conformação de barco para enfatizar a inversão de configuração, estes não são observados experimentalmente, mas são encontrados em uma conformação de cadeira.

Aplicações da lisozima

Desde que a lisozima tem sido amplamente reconhecida por suas propriedades antibacterianas e antifúngicas, ela tem uma grande variedade de usos tanto em aplicações bioquímicas como farmacêuticas. Na biologia molecular, a lisozima é frequentemente utilizada no procedimento de extracção e isolamento do ADN plasmídeo. É amplamente utilizada no campo farmacêutico para destruir bactérias gram-positivas, e pode ser usada para apoiar defesas imunológicas já existentes para combater infecções bacterianas. Esta enzima é particularmente importante para a prevenção de doenças bacterianas em bebés. Devido às suas propriedades antibacterianas, a lisozima também pode ser utilizada na indústria alimentar para ajudar a prevenir a deterioração dos alimentos.

Ver também

• Estruturas de lisozima 3D
• Lisozima
• Hidrolases Glicosídicas de Retenção
• Playground Molecular/Lisozima
• Utilizador:Judy Voet/Lisozima
• Lisozima (árabe)
• Lisozima (hebraico)

1. Ragland SA, Criss AK. Da matança bacteriana à modulação imunológica: Conhecimentos recentes sobre as funções da lisozima. PLoS Pathog. 2017 Set 21;13(9):e1006512. doi: 10.1371/journal.ppat.1006512., eCollection 2017 Sep. PMID:28934357 doi:http://dx.doi.org/10.1371/journal.ppat.1006512
2. Laschtschenko,P. (1909)Über die keimtötende und entwicklungshemmende Wirkung von Hühnereiweiss. Z. Hyg. Infektionskrankh.,64,419-427.
3. Fleming, A. (1922) Sobre um notável elemento bacteriolítico encontrado nos tecidos e secreções. Proc.Roy.Soc.(London),93,306-317,
4. Blake CC, Koenig DF, Mair GA, North AC, Phillips DC, Sarma VR. Estrutura da lisozima de clara de ovo de galinha. Uma síntese tridimensional de Fourier com resolução de 2 Angstrom. Natureza. 1965 Maio 22;206(986):757-61. PMID:5891407
5. Bugg, T. 1997. An Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry. Blackwell Science Ltd., Oxford
6. Primeiras Soluções para Estruturas de Cristal Macromoleculares.
7. 7.0 7.1 Blake CC, Johnson LN, Mair GA, North AC, Phillips DC, Sarma VR. Estudos cristalográficos da atividade da lisozima de clara de ovo de galinha. Proc R Soc Lond B Biol Sci. 1967 Abr 18;167(1009):378-88. doi:, 10.1098/rspb.1967.0035. PMID:4382801 doi:http://dx.doi.org/10.1098/rspb.1967.0035
8. Imagem de: http://www.vuw.ac.nz/staff/paul_teesdale-spittle/essentials/chapter-6/proteins/lysozyme.htm
9. Richardson JS. Desenhos iniciais de fitas de proteínas. Nat Struct Biol. 2000 Ago;7(8):624-5. doi: 10.1038/77912. PMID:10932243 doi:http://dx.doi.org/10.1038/77912
10. http://mcdb-webarchive.mcdb.ucsb.edu/sears/biochemistry/tw-enz/lysozyme/HEWL/lysozyme-overview.htm
11. Blake CC, Koenig DF, Mair GA, North AC, Phillips DC, Sarma VR. Estrutura da lisozima de clara de ovo de galinha. Uma síntese tridimensional de Fourier com resolução de 2 Angstrom. Natureza. 1965 Maio 22;206(986):757-61. PMID:5891407
12. Johnson LN, Phillips DC. Estrutura de alguns complexos de inibidores de lisozima cristalina determinados pela análise de raios X com resolução de 6 Angstrom. Natureza. 1965 Maio 22;206(986):761-3. PMID:5840126
13. Phillips (1966) Scientific American 215, 76-90
14. 14.0 14.1 Vocadlo DJ, Davies GJ, Laine R, Withers SG. Catalysis by hen egg-white lysozyme proceeds via a covalent intermediate. Natureza. 2001 Ago 23;412(6849):835-8. PMID:11518970 doi:10.1038/35090602
15. Davies, Withers e Vocadlo (2009) The Chitopentaose Complex of a Mutant Hen Egg-White Lysozyme Displays No Distortion of the -1 Sugar Away from a 4C1 Chair Conformation, Australian Journal of Chemistry 62(6) 528-532
16. Koshland, D. E. (1953). Biol. Rev. 28, 416-436
17. https://bio.libretexts.org/Bookshelves/Biochemistry/Book%3A_Biochemistry_Online_(Jakubowski)/07%3A_CATALYSIS/B._Mecanismos_de_Reacções_de_Enzimas-Catalizadas_B2.__Lysozyme