Β-γλουκουρονιδάση

Οι βήτα-γλουκουρονιδάσες είναι μέλη της οικογένειας των ενζύμων γλυκοσιδασών που καταλύουν τη διάσπαση των σύνθετων υδατανθράκων.  Η ανθρώπινη β-γλουκουρονιδάση είναι ένας τύπος γλουκουρονιδάσης (μέλος της οικογένειας γλυκοσιδάσης 2) που καταλύει την υδρόλυση των υπολειμμάτων β-D-γλουκουρονικού οξέος από το μη αναγωγικό άκρο των βλεννοπολυσακχαριτών (που αναφέρονται επίσης ως γλυκοζαμινογλυκάνες) όπως η θειική ηπαράνη.    Η ανθρώπινη β-γλουκουρονιδάση βρίσκεται στα λυσοσώματα.  Στο έντερο, η β-γλουκουρονιδάση μετατρέπει τη συζευγμένη χολερυθρίνη στη μη συζευγμένη μορφή για επαναρρόφηση. Η βήτα-γλουκουρονιδάση υπάρχει επίσης στο μητρικό γάλα, το οποίο συμβάλλει στον νεογνικό ίκτερο. Η πρωτεΐνη κωδικοποιείται από το γονίδιο GUSB στους ανθρώπους   και από το γονίδιο uidA στα βακτήρια.

Δομή 
Η ανθρώπινη β-γλουκουρονιδάση συντίθεται ως μονομερές 80 kDa (653 αμινοξέα ) προτού η πρωτεόλυση αφαιρέσει 18 αμινοξέα από το C-τερματικό άκρο για να σχηματίσει ένα μονομερές 78 kDa.   Η βήτα-γλουκουρονιδάση υπάρχει ως ομοτετραμερές 332 kDa.  Η βήτα-γλουκουρονιδάση περιέχει αρκετούς αξιοσημείωτους δομικούς σχηματισμούς, συμπεριλαμβανομένου ενός τύπου βήτα βαρελιού που είναι γνωστό ως βαρέλι jelly roll και ενός βαρελιού TIM .

Μηχανισμός κατάλυσης 
Η ανθρώπινη β-γλoυκουρονιδάση είναι ομόλογη με το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση της Escherichia coli .   Αυτή η σχέση, μαζί με τη γνώση ότι οι γλυκοσιδάσες συχνά εκτελούν υδρόλυση που καταλύεται από δύο όξινα υπολείμματα, οδήγησε στην ανάπτυξη της υπόθεσης για το μηχανισμό δράσης. Σύμφωνα με αυτή, τα δύο υπολείμματα γλουταμικού οξέος Glu540 και Glu451 (πυρηνόφιλαο και όξινο υπολείμμα, αντίστοιχα) καθώς και το υπόλειμμα τυροσίνης Tyr504 εμπλέκονται στην κατάλυση. Πειράματα κατά τα οποία οποιοδήποτε από τα τρία αυτά αμινοξέα υπόκεινται σε μετάλλαξη οδηγούν σε δραματική μείωση της ενεργότητάς της, υποστηρίζοντας αυτή την υπόθεση. Αυξημένη ενεργότητα παρατηρήθηκε όταν το Glu451 αντικαταστάθηκε από αλανίνη, γεγονός που επιβεβαιώνει πως το Glu451 είναι το όξινο/βασικό υπόλειμμα.  Χρησιμοποιώντας την ανάλυση επισημασμένων πεπτιδίων β-γλουκουρονιδάσης μετά από υδρόλυση ενός υποστρώματος που εισέρχεται σε ένα πολύ σταθερό ενδιάμεσο στάδιο, οι ερευνητές κατέληξαν ότι το Glu540 είναι το πυρηνόφιλο υπόλειμμα. 

Αν και ο συγκεκριμένος τύπος πυρηνόφιλης υποκατάστασης που χρησιμοποιείται από τη β-γλουκουρονιδάση είναι ασαφής, στοιχεία από ομόλογα ένζυμα της οικογένειας των γλυκοσιδασών υποδηλώνουν ότι αυτές οι αντιδράσεις είναι ποιοτικώς SN2. Οι αντιδράσεις αυτές λαμβάνουν χώρα με ενδιάμεσα στάδια (μεταβατική κατάσταση) με χαρακτηριστικά ιόντων οξοκαρβενίου. Αρχικά, λόγω αυτού του χαρακτηριστικού οξοκαρβενίου του ενδιάμεσου σταδίου, οι αντιδράσεις αυτές θεωρήθηκαν SN1 (ξεκάθαρο ενδιάμεσο ιόν οξοκαρβενίου). Ωστόσο, πιο πρόσφατα στοιχεία υποδηλώνουν ότι αυτές οι καταστάσεις ιόντων οξοκαρβενίου έχουν διάρκεια ζωής 10 femtoseconds - 0,1 nanoseconds (παρόμοια με αυτή μιας περιόδου δόνησης δεσμού ). Αυτές οι διάρκειες ζωής είναι πολύ μικρές για να αντιστοιχούν σε ενδιάμεσο της αντίδρασης.  Έτσι, φαίνεται πως αν και αυτές οι αντιδράσεις έχουν τα χαρακτηριστικά μιας SN1 αντίδρασης, είναι ποιοτικώς SN2. 

Όσον αφορά την Tyr504 στον μηχανισμό κατάλυσης, ο ακριβής της ρόλος δεν είναι ξεκάθαρος.  Συγκρίνοντας τη δομή της β-γλουκουρονιδάσης με το ομόλογο ένζυμο ξυναλάση, η Tyr504 ίσως σταθεροποιεί το πυρηνόφιλο που αποχωρεί (Glu540) ή ρυθμίζει την ενεργότητά του.

Επιπλέον σε αυτά τα υπολείμματα, ένα διατηρημένο υπόλειμμα ασπαραγίνης (Asn450) θεωρείται πως σταθεροποιεί το υπόστρωμα μέσω της δράσης ενός δεσμού υδρογόνου στη 2-υδροξυλομάδα του υποστρώματος σακχάρου.

Σύνδρομο Sly 
Ανεπάρκειες στη β-γλυκουρονιδάση έχουν ως αποτέλεσμα την αυτοσωματική υπολειπόμενη κληρονομική μεταβολική νόσο γνωστή ως σύνδρομο Sly ή Βλεννοπολυσακχαρίδωση VII. Ανεπάρκεια σε αυτό το ένζυμο έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση μη υδρολυμένων βλεννοπολυσακχαριτών στον ασθενή. Αυτή η ασθένεια μπορεί να είναι εξαιρετικά εξουθενωτική για τον ασθενή ή μπορεί να οδηγήσει σε εμβρυϊκό ύδρωπα πριν από τη γέννηση. Επιπλέον, σε επιζώντες ασθενείς παρατηρούνται διανοητική υστέρηση, κοντό ανάστημα, τραχιά χαρακτηριστικά του προσώπου, ανωμαλίες της σπονδυλικής στήλης και διεύρυνση του ήπατος και του σπλήνα.  Ως μοντέλα αυτής της ασθένειας έχουν χρησιμοποιηθεί ένα στέλεχος ποντικιού και μία οικογένεια σκύλων, ενώ πρόσφατα ανακαλύφθηκε και μία οικογένεια αιλουροειδών που παρουσιάζουν ανεπάρκεια β-γλουκουρονιδάσης.   Πηγή αυτής της μείωσης της δραστικότητας έχει ταυτοποιηθεί ως η μετάλλαξη E351K (το Glu351 μεταλλάσσεται σε ένα υπόλειμμα λυσίνης). Το Glu351 διατηρείται σε είδη θηλαστικών, γεγονός που υποδηλώνει μια σημαντική λειτουργία για αυτό το υπόλειμμα. Εξέταση της κρυσταλλικής δομής ακτίνων Χ του ανθρώπινου ενζύμου υποδηλώνει ότι αυτό το υπόλειμμα (Glu352 στο ανθρώπινο ένζυμο), το οποίο είναι θαμμένο βαθιά μέσα στην περιοχή του κυλίνδρου TIM, μπορεί να είναι σημαντικό για τη σταθεροποίηση της τριτοταγούς δομής του ενζύμου.  Στην κρυσταλλική δομή, φαίνεται ότι η Arg216, μέλος του jelly roll της πρωτεΐνης, σχηματίζει μια γέφυρα άλατος (ιοντικοί και δεσμοί υδρογόνου) με το Glu352. Επομένως, το Glu352 πιθανώς εμπλέκεται στη σταθεροποίηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο διαφορετικών τρισδιάστατων περιοχών του ενζύμου.

Μοριακές εφαρμογές: χρήση ως γονίδιο αναφοράς 
Στη μοριακή βιολογία, η β-γλουκουρονιδάση χρησιμοποιείται ως γονίδιο αναφοράς για την παρακολούθηση της γονιδιακής έκφρασης σε κύτταρα θηλαστικών και φυτών. Η παρακολούθηση της δραστηριότητας της β-γλουκουρονιδάσης μέσω της χρήσης δοκιμασίας GUS επιτρέπει τον προσδιορισμό της χωρικής και χρονικής έκφρασης του εν λόγω γονιδίου. 

 Οι εικόνες μοριακών γραφικών δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας το πακέτο UCSF Chimera από το Resource for Biocomputing, Visualization, and Informatics στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σαν Φρανσίσκο (υποστηριζόμενο από το NIH P41 RR-01081).

Δείτε επίσης 

 Άλφα-γλυκουρονιδάση
 Γλυκουρονοσυλο-δισουλφογλυκοζαμινική γλυκουρονιδάση
 Γλυκυρριζινική βήτα-γλυκουρονιδάση

βιβλιογραφικές αναφορές

Περαιτέρω ανάγνωση

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

 Glucuronidase   
 Ενημερωμένη έρευνα για τη γλουκουρονιδάση ανταποκριτή  και άλλους δημοσιογράφους από το Reportergene
 Database of Catalytic Mechanism Research και άλλες πληροφορίες για τη βήτα-γλυκουρονιδάση