Crónica de una muerte celular programada
No es la última novela de García Márquez, por supuesto. La muerte celular programada, también conocida como "suicidio celular", PCD (del inglés Programmed Cell Death), muerte celular fisiológica o simplemente apoptosis es un tipo de muerte que sucede de forma natural en los organismos pluricelulares y que, como veremos más adelante, parece tener un significado biológico claro.
La apoptosis se puede considerar un proceso de muerte celular activo, con gasto energético, y controlado genéticamente, que es esencialmente distinto de la muerte celular por necrosis. Esta última sucede cuando la célula ha sufrido un daño grave (sustancias tóxicas, trauma mecánico o falta de oxígeno, por ejemplo), y el mecanismo de necrosis se dispara sin intervención activa de la célula. La apoptosis, por otra parte, ocurre aparentemente sin intervención de señales externas a la célula, siguiendo un "programa" predeterminado que conduce a la muerte (en algunos casos formando parte del propio proceso de diferenciación, como sucede con los queratinocitos de la piel o las células del cristalino). Este "programa", sin embargo, puede ser activado mediante señales externas a la célula, de manera que ésta es inducida a entrar en apoptosis (tal sería el caso, por ejemplo, de las células infectadas por virus o algunas células tumorales, que son inducidas a "suicidarse" por la acción de los linfocitos T citotóxicos o las células natural killer).
Aunque en determinadas ocasiones una misma señal puede inducir apoptosis o necrosis según la célula diana o la intensidad del mismo, las respuestas celulares y tisulares son bien diferentes en cada caso. En el proceso de necrosis, la célula se hincha por el influjo masivo de iones y agua (debido a un fallo en el control del equilibrio hidrosalino), sin que existan daños aparentes en el DNA ni cambios en la morfología nuclear. La membrana plasmática acaba rompiéndose con lo que el contenido celular es liberado hacia la matriz extracelular. La liberación del contenido citoplasmático atrae a los macrófagos y otras células del sistema inmunitario, responsables de las respuestas inflamatorias que siempre están asociadas a los casos de necrosis.
Los primeros signos observables de apoptosis consisten en la separación de las células pre-apoptósicas de sus vecinas, con lo cual adquieren un aspecto más redondeado. El núcleo sufre cambios importantes, al contrario que en la necrosis, apareciendo condensaciones de la cromatina junto a la membrana nuclear, mientras que las mitocondrias dejan de ser funcionales. En este punto, las células apoptósicas pueden ser englobadas por macrófagos cercanos, con lo que se evita la respuesta inflamatoria. En otros casos, los cambios celulares van más lejos. El núcleo se empieza a desintegrar, a la vez que se observa una fragmentación del DNA, según un patrón característico, debido a la acción de endonucleasas. La membrana celular parece entrar en "ebullición" y se produce la fragmentación de la célula en pequeños trozos citoplasmáticos rodeados de membrana denominados "cuerpos apoptósicos". Estos cuerpos apoptósicos pueden ser fagocitados por macrófagos o por células vecinas. En este caso, tampoco existe respuesta inflamatoria ya que la eliminación de los fragmentos celulares se realiza sin que haya liberación del contenido celular hacia la matriz.
Excepcionalmente, algunos tipos celulares que sufren apoptosis no son eliminados rápidamente, sino que perduran durante un tiempo (caso de los queratinocitos de la piel) o incluso toda la vida del organismo (como las células del cristalino), ya que estas células "muertas" siguen desempeñando ciertas funciones.
La apoptosis juega un papel importante en los organismos pluricelulares, manteniendo un control sobre el número de células de los tejidos, tanto durante el desarrollo embrionario como en algunos sistemas en el adulto. De esta manera, son eliminadas células (a veces enormes cantidades) que tienen una función transitoria durante las etapas embrionarias o larvarias, como por ejemplo las que forman la cola de los renacuajos, o que realizan una función temporal en el adulto, como ocurre en el caso de las glándulas mamarias que, durante la lactancia, aumentan el número de células secretoras, que serán eliminadas posteriormente, o en los ovarios con aquellos folículos que maduran en cada ciclo pero no ovulan, que son también eliminados (atresia folicular).
Mediante este mecanismo, los organismos pluricelulares también pueden eliminar células "indeseables" porque puedan resultar potencialmente peligrosas para el mismo, como es el caso de los linfocitos T autorreactivos (esto es, capaz de reaccionar contra los propios tejidos) que son destruidos en el timo durante la diferenciación, o porque están "dañadas" o son "superfluas", como podría ocurrir durante el desarrollo del sistema nervioso con la muerte masiva de aquellas neuronas que no establecen las conexiones "correctas".
Finalmente, la muerte celular programada puede considerarse un importante mecanismo de regulación frente a la proliferación de células cuyo genoma puede estar dañado.
A la vista de estos ejemplos de muerte celular, en los que tanto los tipos celulares como las "circunstancias" son diferentes, podría pensarse que el término apoptosis englobaría distintos tipos de muerte celular, y posiblemente esta sea la realidad.
Actualmente se admite que existen una serie de elementos que pueden ser comunes en la muerte celular apoptósica. Estos elementos se suelen dividir en tres grandes grupos: inductores, reguladores y efectores.
Los inductores constituyen toda la serie de señales que inducen a la célula a entrar en el proceso de apoptosis. Estas señales pueden ser externas a la célula o producidas por la misma célula. Resulta curioso, además, que una misma señal puede inducir muerte celular o proliferación.
Algunos inductores actúan uniéndose a receptores de membrana (como la familia de receptores del factor de necrosis tumoral, TNF-r o Fas). Otros, como por ejemplo las hormonas esteroides, se unen a receptores citosólicos. La unión de ligando y receptor puede activar directa o indirectamente alguno de los efectores de la apoptosis. En el caso de las hormonas esteroides su acción podría provocar la activación de determinados genes pre-apoptósicos.
Los daños en el DNA, causados por ejemplo por radiaciones ionizantes o por sustancias químicas (como las usadas en terapias anticancerígenas), pueden actuar como potentes inductores de apoptosis. Cuando se produce un daño en el genoma, se activa el gen p53 (que normalmente está inactivado). La proteína p53, producto del gen del mismo nombre, puede actuar deteniendo el ciclo celular, para permitir la reparación del daño, o induciendo la entrada en apoptosis, según las "circunstancias" celulares. Las células con mutaciones en p53 pueden replicar su DNA a pesar de que lo tengan dañado, lo cual favorece la acumulación de más mutaciones y la posibilidad de que la descendencia de tales células pueda volverse cancerígena.
El ión calcio desempeña importantes papeles como señalizador intracelular, de manera que su concentración está muy regulada. Un incremento del calcio citosólico, proveniente del medio extracelular o de depósitos intracelulares, puede conducir a la muerte celular por activación de diferentes de enzimas (por ejemplo, endonucleasas dependientes de Ca2+ y Mg2+, proteasas o transglutaminasas). También la presencia de radicales libres oxidantes (también denominadas especies reactivas de oxígeno), puede actuar como inductor de apoptosis.
Dentro de los reguladores de la apoptosis, los genes de la familia de Bcl-2 son los que están mejor estudiados. Bcl-2 es el prototipo de una gran familia de genes que codifica para una serie de proteínas que pueden inhibir (como las proteínas mitocondriales Bcl-2, Bcl-xL) o promover (Bax, Bak) la apoptosis. La proporción en que se expresen unas proteínas respecto a otras puede determinar que la célula sufra apoptosis o no.
Los efectores de la apoptosis son los responsables, en última instancia, de los cambios estructurales que se observan en las células y que llevan a la muerte celular. Estos cambios son bastante parecidos en los distintos tipos de células, lo que sugiere que los mecanismos de muerte están bien conservados. Los efectores son fundamentalmente enzimas que, una vez activadas, inician el programa de destrucción irremediablemente. Entre ellos tenemos las endonucleasas y las proteasas.
Se cree que la activación de endonucleasas dependientes de calcio y magnesio es la responsable de la fragmentación del DNA y de los cambios que ocurren en el núcleo de la célula.
Las proteasas apoptósicas son específicas de sustrato (no son enzimas lisosómicas) y se caracterizan por presentar en su centro activo los aminoácidos cisteína y serina. Entre las proteasas más estudiadas se encuentran las denominadas caspasas, una familia de enzimas que tienen en común la presencia de cisteína en su centro activo y que efectúan el corte por el aminoácido aspartato (Cisteinil-ASPartato específico-proteASAS). Las caspasas son, probablemente, las moléculas efectoras más importantes de la apoptosis. Son sintetizadas como precursores inactivos que son activados por escisión autocatalítica o por otras proteasas. En muchas ocasiones, la activación de un tipo de caspasa produce la activación de otras, produciendo una "cascada" de caspasas que amplifica enormemente la señal. Algunas de las dianas de las caspasas activadas incluyen la poli-ADP-ribosa-polimerasa (PARP), implicada en la reparación del DNA, las láminas nucleares y otras proteínas del citoesqueleto de la célula. La acción proteolítica de las caspasas sobre estas moléculas provoca su inactivación o destrucción.
Estos son algunos de los elementos conocidos que intervienen de forma más directa en la apoptosis, pero existen más. De muchos de ellos se conoce gran parte de sus mecanismos de actuación; sin embargo, la señal que permite a la célula saber cuando debe morir, el mecanismo exacto de cómo se produce la muerte y si existe un punto clave en el que converjan todos los elementos no está todavía completamente aclarado.
La apoptosis se puede considerar un proceso de muerte celular activo, con gasto energético, y controlado genéticamente, que es esencialmente distinto de la muerte celular por necrosis. Esta última sucede cuando la célula ha sufrido un daño grave (sustancias tóxicas, trauma mecánico o falta de oxígeno, por ejemplo), y el mecanismo de necrosis se dispara sin intervención activa de la célula. La apoptosis, por otra parte, ocurre aparentemente sin intervención de señales externas a la célula, siguiendo un "programa" predeterminado que conduce a la muerte (en algunos casos formando parte del propio proceso de diferenciación, como sucede con los queratinocitos de la piel o las células del cristalino). Este "programa", sin embargo, puede ser activado mediante señales externas a la célula, de manera que ésta es inducida a entrar en apoptosis (tal sería el caso, por ejemplo, de las células infectadas por virus o algunas células tumorales, que son inducidas a "suicidarse" por la acción de los linfocitos T citotóxicos o las células natural killer).
Aunque en determinadas ocasiones una misma señal puede inducir apoptosis o necrosis según la célula diana o la intensidad del mismo, las respuestas celulares y tisulares son bien diferentes en cada caso. En el proceso de necrosis, la célula se hincha por el influjo masivo de iones y agua (debido a un fallo en el control del equilibrio hidrosalino), sin que existan daños aparentes en el DNA ni cambios en la morfología nuclear. La membrana plasmática acaba rompiéndose con lo que el contenido celular es liberado hacia la matriz extracelular. La liberación del contenido citoplasmático atrae a los macrófagos y otras células del sistema inmunitario, responsables de las respuestas inflamatorias que siempre están asociadas a los casos de necrosis.
Los primeros signos observables de apoptosis consisten en la separación de las células pre-apoptósicas de sus vecinas, con lo cual adquieren un aspecto más redondeado. El núcleo sufre cambios importantes, al contrario que en la necrosis, apareciendo condensaciones de la cromatina junto a la membrana nuclear, mientras que las mitocondrias dejan de ser funcionales. En este punto, las células apoptósicas pueden ser englobadas por macrófagos cercanos, con lo que se evita la respuesta inflamatoria. En otros casos, los cambios celulares van más lejos. El núcleo se empieza a desintegrar, a la vez que se observa una fragmentación del DNA, según un patrón característico, debido a la acción de endonucleasas. La membrana celular parece entrar en "ebullición" y se produce la fragmentación de la célula en pequeños trozos citoplasmáticos rodeados de membrana denominados "cuerpos apoptósicos". Estos cuerpos apoptósicos pueden ser fagocitados por macrófagos o por células vecinas. En este caso, tampoco existe respuesta inflamatoria ya que la eliminación de los fragmentos celulares se realiza sin que haya liberación del contenido celular hacia la matriz.
Excepcionalmente, algunos tipos celulares que sufren apoptosis no son eliminados rápidamente, sino que perduran durante un tiempo (caso de los queratinocitos de la piel) o incluso toda la vida del organismo (como las células del cristalino), ya que estas células "muertas" siguen desempeñando ciertas funciones.
La apoptosis juega un papel importante en los organismos pluricelulares, manteniendo un control sobre el número de células de los tejidos, tanto durante el desarrollo embrionario como en algunos sistemas en el adulto. De esta manera, son eliminadas células (a veces enormes cantidades) que tienen una función transitoria durante las etapas embrionarias o larvarias, como por ejemplo las que forman la cola de los renacuajos, o que realizan una función temporal en el adulto, como ocurre en el caso de las glándulas mamarias que, durante la lactancia, aumentan el número de células secretoras, que serán eliminadas posteriormente, o en los ovarios con aquellos folículos que maduran en cada ciclo pero no ovulan, que son también eliminados (atresia folicular).
Mediante este mecanismo, los organismos pluricelulares también pueden eliminar células "indeseables" porque puedan resultar potencialmente peligrosas para el mismo, como es el caso de los linfocitos T autorreactivos (esto es, capaz de reaccionar contra los propios tejidos) que son destruidos en el timo durante la diferenciación, o porque están "dañadas" o son "superfluas", como podría ocurrir durante el desarrollo del sistema nervioso con la muerte masiva de aquellas neuronas que no establecen las conexiones "correctas".
Finalmente, la muerte celular programada puede considerarse un importante mecanismo de regulación frente a la proliferación de células cuyo genoma puede estar dañado.
A la vista de estos ejemplos de muerte celular, en los que tanto los tipos celulares como las "circunstancias" son diferentes, podría pensarse que el término apoptosis englobaría distintos tipos de muerte celular, y posiblemente esta sea la realidad.
Actualmente se admite que existen una serie de elementos que pueden ser comunes en la muerte celular apoptósica. Estos elementos se suelen dividir en tres grandes grupos: inductores, reguladores y efectores.
Los inductores constituyen toda la serie de señales que inducen a la célula a entrar en el proceso de apoptosis. Estas señales pueden ser externas a la célula o producidas por la misma célula. Resulta curioso, además, que una misma señal puede inducir muerte celular o proliferación.
Algunos inductores actúan uniéndose a receptores de membrana (como la familia de receptores del factor de necrosis tumoral, TNF-r o Fas). Otros, como por ejemplo las hormonas esteroides, se unen a receptores citosólicos. La unión de ligando y receptor puede activar directa o indirectamente alguno de los efectores de la apoptosis. En el caso de las hormonas esteroides su acción podría provocar la activación de determinados genes pre-apoptósicos.
Los daños en el DNA, causados por ejemplo por radiaciones ionizantes o por sustancias químicas (como las usadas en terapias anticancerígenas), pueden actuar como potentes inductores de apoptosis. Cuando se produce un daño en el genoma, se activa el gen p53 (que normalmente está inactivado). La proteína p53, producto del gen del mismo nombre, puede actuar deteniendo el ciclo celular, para permitir la reparación del daño, o induciendo la entrada en apoptosis, según las "circunstancias" celulares. Las células con mutaciones en p53 pueden replicar su DNA a pesar de que lo tengan dañado, lo cual favorece la acumulación de más mutaciones y la posibilidad de que la descendencia de tales células pueda volverse cancerígena.
El ión calcio desempeña importantes papeles como señalizador intracelular, de manera que su concentración está muy regulada. Un incremento del calcio citosólico, proveniente del medio extracelular o de depósitos intracelulares, puede conducir a la muerte celular por activación de diferentes de enzimas (por ejemplo, endonucleasas dependientes de Ca2+ y Mg2+, proteasas o transglutaminasas). También la presencia de radicales libres oxidantes (también denominadas especies reactivas de oxígeno), puede actuar como inductor de apoptosis.
Dentro de los reguladores de la apoptosis, los genes de la familia de Bcl-2 son los que están mejor estudiados. Bcl-2 es el prototipo de una gran familia de genes que codifica para una serie de proteínas que pueden inhibir (como las proteínas mitocondriales Bcl-2, Bcl-xL) o promover (Bax, Bak) la apoptosis. La proporción en que se expresen unas proteínas respecto a otras puede determinar que la célula sufra apoptosis o no.
Los efectores de la apoptosis son los responsables, en última instancia, de los cambios estructurales que se observan en las células y que llevan a la muerte celular. Estos cambios son bastante parecidos en los distintos tipos de células, lo que sugiere que los mecanismos de muerte están bien conservados. Los efectores son fundamentalmente enzimas que, una vez activadas, inician el programa de destrucción irremediablemente. Entre ellos tenemos las endonucleasas y las proteasas.
Se cree que la activación de endonucleasas dependientes de calcio y magnesio es la responsable de la fragmentación del DNA y de los cambios que ocurren en el núcleo de la célula.
Las proteasas apoptósicas son específicas de sustrato (no son enzimas lisosómicas) y se caracterizan por presentar en su centro activo los aminoácidos cisteína y serina. Entre las proteasas más estudiadas se encuentran las denominadas caspasas, una familia de enzimas que tienen en común la presencia de cisteína en su centro activo y que efectúan el corte por el aminoácido aspartato (Cisteinil-ASPartato específico-proteASAS). Las caspasas son, probablemente, las moléculas efectoras más importantes de la apoptosis. Son sintetizadas como precursores inactivos que son activados por escisión autocatalítica o por otras proteasas. En muchas ocasiones, la activación de un tipo de caspasa produce la activación de otras, produciendo una "cascada" de caspasas que amplifica enormemente la señal. Algunas de las dianas de las caspasas activadas incluyen la poli-ADP-ribosa-polimerasa (PARP), implicada en la reparación del DNA, las láminas nucleares y otras proteínas del citoesqueleto de la célula. La acción proteolítica de las caspasas sobre estas moléculas provoca su inactivación o destrucción.
Estos son algunos de los elementos conocidos que intervienen de forma más directa en la apoptosis, pero existen más. De muchos de ellos se conoce gran parte de sus mecanismos de actuación; sin embargo, la señal que permite a la célula saber cuando debe morir, el mecanismo exacto de cómo se produce la muerte y si existe un punto clave en el que converjan todos los elementos no está todavía completamente aclarado.
¿Son activos los enzimas en disolventes orgánicos?
Todos hemos aprendido en un curso general de Bioquímica que, en condiciones naturales, los enzimas llevan a cabo su actividad catalítica en disolución acuosa. Debido a ello, la gran mayoría de las investigaciones en enzimología han utilizado el agua como medio de reacción. El agua participa, directa o indirectamente, en todas las interacciones no covalentes manteniendo la conformación de la proteína catalíticamente activa de modo que, en la mayoría de los casos, la eliminación de agua distorsiona dramáticamente la estructura inactivando el enzima. A pesar de todo ello, hay confirmación experimental de que determinados enzimas mantienen una notable actividad catalítica en medios prácticamente anhidros. Enzimas tales como la quimotripsina, polifenol oxidasa, peroxidasa y determinadas lipasas pueden llevar a cabo su actividad enzimática en disolventes orgánicos.
En contra de lo que se pudiese pensar, la acción enzimática en disolvente orgánico tiene grandes ventajas en contraposición al medio acuoso. Algunas de estas ventajas del uso de un enzima en medio orgánico son: (1) la gran solubilidad de muchos compuestos orgánicos en medio no acuoso; (2) la mayor facilidad en la recuperación del correspondiente producto en disolvente orgánico en comparación con el agua y (3) la insolubilidad del enzima en medio orgánico. Esto hace que sea más fácil la separación de éste del medio de reacción.
Como se ha indicado antes, determinadas lipasas actúan como catalizadores en un medio prácticamente anhidro. La deshidratación del enzima le hace adquirir nuevas propiedades tales como llegar a ser extremadamente termoestable y más selectivo. Por otro lado, las lipasas son enzimas altamente esteroselectivos y que sólo reconocen la configuración R o S del centro quiral. Son, además, enzimas capaces de catalizar reacciones de transesterificación, aminolisis, esterificación, transferencia de acilos, tiotransesterificaciones, oximolisis, siempre que el sustrato sea el adecuado y las condiciones experimentales óptimas (Zaks.A y Klibanov.A.M. (1985), Enzyme-catalyzed processes in organic solvents. Proc. Natl. Acad. Sci. 82, 3192-3196).
El mecanismo de acción de estos enzimas, las cuales poseen en su sitio activo la conocida tríada catalítica formada por los aminoácidos Glu/Asp - His - Ser, sigue la cinética convencional de Michaelis- Menten y es el ejemplo tradicional de exposición de la denominada catálisis covalente que plantea la formación de un intermedio acil-enzima RCOE:
El mecanismo general de catálisis de las lipasas, independientemente del disolvente, se esquematiza en la Figura 2 (tomado de Andersch.P, et al. (1997), Ester Synthesis via acyl Transfer. Methods in Enzimology 286 pp. 406-443):
En este esquema el compuesto R-COX es el sustrato el cual sufre un ataque nucleófilo por parte del oxígeno de una serina de la triada catalítica, produciéndose un cambio de hibridación en el átomo de carbono del grupo carbonilo. De este modo se produce el intermedio tetraédrico. Por medio de una reacción de acilación se produce eliminación de la especie química HX formándose el intermedio acil-enzima, el cual es susceptible de sufrir un nuevo ataque nucleofílico por parte de diferentes especies moleculares nucleófilas que, según su naturaleza, conducirá a distintos tipos de reacciones.
De este modo, si el nucleófilo es R1OH, dará lugar a una esterificación, dando como resultado de la reacción el producto RCOOR1. Si ataca como nucleófilo el sustrato R1NH2, se obtiene RCONHR1 (amida). Si como nucleófilo ataca un tiol, R1SH, se daría la reacción de tioesterificación, produciéndose como producto la especie RCOSR1. Cuando actúa como nucleófilo H2O, se produce una hidrólisis, dando lugar a RCOOH (ácido carboxílico).De esta forma, dependiendo de cual sea el tipo de nucleófilo dará diversos tipos de reacciones y como consecuencia de ello se producirá diferentes productos. Finalmente, siempre que el nucleófilo actua sobre el complejo acil-enzima, se produce un intermedio tetraédrico, con el correspondiente cambio de hibridación del carbono. Cuando se elimina el producto de reacción RCONu, la triada catalítica vuelve a su estado original, de forma que queda a disposición del sustrato para actuar nuevamente. Como puede apreciarse la conocida capacidad hidrolítica de las lipasas se lleva a cabo en presencia de agua y es sólo una de las distintas e importantes reacciones que son capaces de llevar a cabo.
Las aplicaciones actuales de lipasas esteroespecíficas son, entre otras, la preparación de ésteres y alcoholes ópticamente activos por medio de una reacción de transesterificación en medio orgánico, como la formación de (-)-3-metoxi-1-butilpropanoato a partir de metilpropanoato y 3-metoxi-1-butanol, como reactivos. Además, la preparación enzimática de alcoholes y ésteres ópticamente activos, pueden ser convertidas químicamente en otros compuestos ópticamente activos, como (R)-(+)-óxido de propileno en la síntesis de (R)-reciferolido o á-metileno-÷-lactonas quirales y de (S)-(-)-óxido de propileno para la producción de (S)-sulcatol. Estos productos tienen gran interés en la ruta de síntesis de una gran variedad de fármacos. Por último, señalar que otra importante aplicación biotecnológica de estos biocatalizadores es la síntesis de polímeros ópticamente activos, en particular poliesteres a partir de diesteres y dioles. En las condiciones anhidras apropiadas, la transesterificación entre los anteriores compuestos da lugar a poliesteres de unos 25 kD de peso molecular.
En contra de lo que se pudiese pensar, la acción enzimática en disolvente orgánico tiene grandes ventajas en contraposición al medio acuoso. Algunas de estas ventajas del uso de un enzima en medio orgánico son: (1) la gran solubilidad de muchos compuestos orgánicos en medio no acuoso; (2) la mayor facilidad en la recuperación del correspondiente producto en disolvente orgánico en comparación con el agua y (3) la insolubilidad del enzima en medio orgánico. Esto hace que sea más fácil la separación de éste del medio de reacción.
Como se ha indicado antes, determinadas lipasas actúan como catalizadores en un medio prácticamente anhidro. La deshidratación del enzima le hace adquirir nuevas propiedades tales como llegar a ser extremadamente termoestable y más selectivo. Por otro lado, las lipasas son enzimas altamente esteroselectivos y que sólo reconocen la configuración R o S del centro quiral. Son, además, enzimas capaces de catalizar reacciones de transesterificación, aminolisis, esterificación, transferencia de acilos, tiotransesterificaciones, oximolisis, siempre que el sustrato sea el adecuado y las condiciones experimentales óptimas (Zaks.A y Klibanov.A.M. (1985), Enzyme-catalyzed processes in organic solvents. Proc. Natl. Acad. Sci. 82, 3192-3196).
El mecanismo de acción de estos enzimas, las cuales poseen en su sitio activo la conocida tríada catalítica formada por los aminoácidos Glu/Asp - His - Ser, sigue la cinética convencional de Michaelis- Menten y es el ejemplo tradicional de exposición de la denominada catálisis covalente que plantea la formación de un intermedio acil-enzima RCOE:
En este esquema el compuesto R-COX es el sustrato el cual sufre un ataque nucleófilo por parte del oxígeno de una serina de la triada catalítica, produciéndose un cambio de hibridación en el átomo de carbono del grupo carbonilo. De este modo se produce el intermedio tetraédrico. Por medio de una reacción de acilación se produce eliminación de la especie química HX formándose el intermedio acil-enzima, el cual es susceptible de sufrir un nuevo ataque nucleofílico por parte de diferentes especies moleculares nucleófilas que, según su naturaleza, conducirá a distintos tipos de reacciones.
De este modo, si el nucleófilo es R1OH, dará lugar a una esterificación, dando como resultado de la reacción el producto RCOOR1. Si ataca como nucleófilo el sustrato R1NH2, se obtiene RCONHR1 (amida). Si como nucleófilo ataca un tiol, R1SH, se daría la reacción de tioesterificación, produciéndose como producto la especie RCOSR1. Cuando actúa como nucleófilo H2O, se produce una hidrólisis, dando lugar a RCOOH (ácido carboxílico).De esta forma, dependiendo de cual sea el tipo de nucleófilo dará diversos tipos de reacciones y como consecuencia de ello se producirá diferentes productos. Finalmente, siempre que el nucleófilo actua sobre el complejo acil-enzima, se produce un intermedio tetraédrico, con el correspondiente cambio de hibridación del carbono. Cuando se elimina el producto de reacción RCONu, la triada catalítica vuelve a su estado original, de forma que queda a disposición del sustrato para actuar nuevamente. Como puede apreciarse la conocida capacidad hidrolítica de las lipasas se lleva a cabo en presencia de agua y es sólo una de las distintas e importantes reacciones que son capaces de llevar a cabo.
Las aplicaciones actuales de lipasas esteroespecíficas son, entre otras, la preparación de ésteres y alcoholes ópticamente activos por medio de una reacción de transesterificación en medio orgánico, como la formación de (-)-3-metoxi-1-butilpropanoato a partir de metilpropanoato y 3-metoxi-1-butanol, como reactivos. Además, la preparación enzimática de alcoholes y ésteres ópticamente activos, pueden ser convertidas químicamente en otros compuestos ópticamente activos, como (R)-(+)-óxido de propileno en la síntesis de (R)-reciferolido o á-metileno-÷-lactonas quirales y de (S)-(-)-óxido de propileno para la producción de (S)-sulcatol. Estos productos tienen gran interés en la ruta de síntesis de una gran variedad de fármacos. Por último, señalar que otra importante aplicación biotecnológica de estos biocatalizadores es la síntesis de polímeros ópticamente activos, en particular poliesteres a partir de diesteres y dioles. En las condiciones anhidras apropiadas, la transesterificación entre los anteriores compuestos da lugar a poliesteres de unos 25 kD de peso molecular.
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