Arginasa

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Arginasa
2pha humanarginase.png
Diagrama de cristalización del trimero de la Arginasa I humana.
Estructuras disponibles
PDB
Identificadores
Identificadores
externos
Número EC 3.5.3.1
Número CAS 9000-96-8
Ortólogos
Especies
Humano Ratón
PubMed (Búsqueda)
[1]


PMC (Búsqueda)
[2]
Arginasa de hígado de Rata
1hq5.jpg
Diagrama de la Arginasa de Rata
Estructuras disponibles
PDB

Buscar ortólogos: PDBe, RCSB

Identificadores
Símbolo ARG1 (HGNC: 663)
Identificadores
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Número EC 3.5.3.1
Locus Cr. 6 q23
Ortólogos
Especies
Humano Ratón
Entrez
383
UniProt
P05089 n/a
RefSeq
(ARNm)
NM_000045 n/a
PubMed (Búsqueda)
[3]


PMC (Búsqueda)
[4]
ARG2, Arginasa tipo II (mitocondrial)
Estructuras disponibles
PDB

Buscar ortólogos: PDBe, RCSB

Identificadores
Símbolo ARG2 (HGNC: 664)
Identificadores
externos
Número EC 3.5.3.1
Locus Cr. 14 q24.1
Ortólogos
Especies
Humano Ratón
Entrez
384
UniProt
P78540 n/a
RefSeq
(ARNm)
NM_001172 n/a
PubMed (Búsqueda)
[5]


PMC (Búsqueda)
[6]

La Arginasa (arginina amidinasa, canavanasa, L-arginasa, arginina transamidinasa EC 3.5.3.1) es una enzima hidrolasa con un peso molecular de 105.0 kDa y que contiene manganeso dentro de su estructura. Se encuentra presente en varios tejidos y participa en el ciclo de la urea Krebs-Henseleit. Cataliza la reacción: arginina + H2O → ornitina + urea.

Existen dos tipos distintos de arginasa: La Arginasa I: localizada en el citoplasma del hígado y la Arginasa II: localizada en la mitocondria del riñón y la próstata.

Estructura y función[editar]

La arginasa pertenece a la familia de enzimas ureohidrolasas. Se trata de un homotrímero. Cada subunidad contiene un sitio activo, y los dos iones manganeso están unidos a oxígenos y separados por aproximadamente 3.3 A.[1]

La enzima requiere dos moléculas de manganeso para mantener una función apropiada. Estos iones Mn2+ se coordinan con agua, orientando y estabilizando la molécula, y dejando agua para actuar como nucleófilo y atacar L-arginina, hidrolizándola a ornitinina y urea.[2]​ Cataliza el quinto y último paso en el ciclo de la urea, una serie de reacciones bioquímicas en los mamíferos durante el que el cuerpo coloca de amoníaco nocivo. Específicamente, la arginasa convierte L-arginina a L-ornitina y urea.[3]

La arginasa de mamífero es activa como trímero, pero algunas arginasas de bacterias son hexaméricas.[4]​ En la mayoría de los mamíferos esta enzima existe en dos formas. La arginasa I trabaja en el ciclo de la urea, y está localizada principalmente en el citoplasma del hígado. Por otro lado, la arginasa II se encuentra implicada en la regulación de concentración de arginina y ornitina en la célula, está localizada en la mitocondria de varios tejidos del cuerpo con mayor abundancia en riñones y próstata, además de encuentra en ausencia de otras enzimas del ciclo de la urea.[5]

Mecanismo[editar]

El sitio activo mantiene a la L-arginina en posición por medio un puente de hidrógeno entre el grupo cloruro de guanidina con Glu227. Este enlace oriente a la L-arginina para un ataque nucleofílico por el hidróxido asociado al metal. Esto resulta en un intermediario tetraédrico. Los iones Mn2+ actúan para estabilizar tanto el grupo hidroxilo como el intermediario tetraédrico, así como desarrollar un solo par de electrones sp3 en el grupo NH2 conforme el intermediario tetraédrico se forma.

Dicho sitio activo es sumamente específico, por lo que modificar la estructura del sustrato o la estereoquímica disminuye severamente la actividad cinética de la enzima. Esta especificidad ocurre debido al alto número de puentes de hidrógeno entre el sustrato y la enzima; los puentes de hidrógeno facilitados por agua saturan tanto las cuatro posiciones aceptoras en el grupo alfa carboxilato, así como las tres posiciones en el grupo alfa amino. La estructura cristalográfica de este complejo con la enzima revela que el metal se desplaza puenteando el ion hidróxido y el cluster de manganeso binuclear.[6]

Caracterización[editar]

La caracterización de esta enzima puede ser por medio de resonancia electroparamagnérica (EPR por sus siglas en inglés). Esta técnica revela que la arginasa totalmente activada por manganeso contiene un centro de dos moléculas de Mn2+ con espines acomplados separadas por 3.6A los cuales se ubican en la parte inferior de la hendidura del sitio activo. Es el centro metálico el encargado de llevar a cabo la catálisis de arginina.[7]

Función en la respuesta sexual[editar]

La arginasa II se encuentra coexpresada en la óxido nítrico sintasa en el tejido muscular liso como lo es el músculo en los genitales de hombres y mujeres. La contracción y relajación de estos músculos se le ha atribuido a la óxido nítrico sintasa, la cual causa un relajación rápida del tejido muscular liso y facilita la obstrucción del tejido necesario para una respuesta sexual normal. Sin embargo, ya que la óxido nítrico sintasa y la arginasa compiten por el mismo sustrato (L-arginina), la arginasa sobre-expresada afecta la actividad de la óxido nítrico sintasa.[1]

Patología[editar]

Descomposición de arginina, catalizada por la enzima Arginasa.

Una deficiencia en arginasa se refiere típicamente a un decremento en la actividad de la arginasa L en las células hepáticas, a esto se le conoce comúnmente como hiperargininemia o argininemia. Dicho desorden es hereditario y se considera uno de los más raros dentro de la ureogenesis. Una deficiencia de arginasa, a diferencia de otros desórdenes en el ciclo de la urea, no previene la ureogénesis. Entre los síntomas de este desorden se incluyen discapacidad neurológica, demencia, retraso en el crecimiento, e hiperamonemia; aunque algunos de los síntomas se puedencontrolar con restricciones alimenticias y desarrollos farmacéuticos, no existe una cura completa y efectiva.[8]

Referencias[editar]

  1. a b «Enzymes, Biochemicals: Worthington Biochemical Corporation». worthington-biochem.com (en inglés). Consultado el 5 de mayo de 2017. 
  2. Di Costanzo, Luigi; Moulin, Martine; Haertlein, Michael; Meilleur, Flora; Christianson, David W. (1 de septiembre de 2007). «Expression, purification, assay, and crystal structure of perdeuterated human arginase I». Archives of Biochemistry and Biophysics 465 (1): 82-89. ISSN 0003-9861. PMC 2018606. PMID 17562323. doi:10.1016/j.abb.2007.04.036. Consultado el 5 de mayo de 2017. 
  3. Wu, G.; Morris, S. M. (15 de noviembre de 1998). «Arginine metabolism: nitric oxide and beyond». The Biochemical Journal. 336 ( Pt 1): 1-17. ISSN 0264-6021. PMC 1219836. PMID 9806879. Consultado el 5 de mayo de 2017. 
  4. Dowling, D. P.; Di Costanzo, L.; Gennadios, H. A.; Christianson, D. W. (1 de julio de 2008). «Evolution of the arginase fold and functional diversity». Cellular and molecular life sciences: CMLS 65 (13): 2039-2055. ISSN 1420-682X. PMC 2653620. PMID 18360740. doi:10.1007/s00018-008-7554-z. Consultado el 5 de mayo de 2017. 
  5. Morris, Sidney M. (1 de enero de 2002). «Regulation of enzymes of the urea cycle and arginine metabolism». Annual Review of Nutrition 22: 87-105. ISSN 0199-9885. PMID 12055339. doi:10.1146/annurev.nutr.22.110801.140547. Consultado el 5 de mayo de 2017. 
  6. Reczkowski, R. S.; Ash, D. E. (1 de julio de 1994). «Rat liver arginase: kinetic mechanism, alternate substrates, and inhibitors». Archives of Biochemistry and Biophysics 312 (1): 31-37. ISSN 0003-9861. PMID 8031143. doi:10.1006/abbi.1994.1276. Consultado el 5 de mayo de 2017. 
  7. Reczkowski, Robert S.; Ash, David E. (1 de diciembre de 1992). «EPR evidence for binuclear manganese(II) centers in rat liver arginase». Journal of the American Chemical Society 114 (27): 10992-10994. ISSN 0002-7863. doi:10.1021/ja00053a064. Consultado el 5 de mayo de 2017. 
  8. Iyer, Ramaswamy K.; Yoo, Paul K.; Kern, Rita M.; Rozengurt, Nora; Tsoa, Rosemarie; O'Brien, William E.; Yu, Hong; Grody, Wayne W. et al. (1 de julio de 2002). «Mouse model for human arginase deficiency». Molecular and Cellular Biology 22 (13): 4491-4498. ISSN 0270-7306. PMC 133904. PMID 12052859. doi:10.1128/MCB.22.13.4491-4498.2002. Consultado el 5 de mayo de 2017.