Transglutaminase

Non confundir con Glutaminase.

Exemplo de transglutaminase: factor XIII de coagulación do sangue humano. PDB 1EVU.
Identificadores
Número EC	2.3.2.13
Número CAS	80146-85-6
Bases de datos
IntEnz	vista de IntEnz
BRENDA	entrada de BRENDA
ExPASy	vista de NiceZyme
KEGG	entrada de KEGG
MetaCyc	vía metabólica
PRIAM	perfil
Estruturas PDB	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Procura PMC artigos PubMed artigos NCBI Protein procura

As transglutaminases son encimas que na natureza catalizan principalmente a formación dun enlace isopeptídico entre o grupo γ-carboxamida ( -(C=O)NH₂ ) da cadea lateral dun residuo de glutamina e o grupo ε-amino ( -NH₂ ) da cadea lateral dun residuo de lisina coa conseguinte liberación de amoníaco ( NH₃ ). Os residuos de lisina e glutamina deben estar unidos a un péptido ou proteína para que se poidan producir estes enlaces cruzados (entre moléculas separadas) ou enlaces intramoleculares (dentro da mesma molécula).^[1] Os enlaces formados polas transglutaminases mostran gran resistencia á degradación proteolítica.^[2] A reacción é^[1]

Gln-(C=O)NH₂ + NH₂-Lys → Gln-(C=O)NH-Lys + NH₃

As transglutaminases poden tamén enlazar unha amina primaria ( RNH₂ ) á cadea lateral do grupo carboxiamida dun residuo de glutamina dunha proteína/péptido, formando así un enlace isopeptídico^[1]

Gln-(C=O)NH₂ + RNH₂ → Gln-(C=O)NHR + NH₃

Estes encimas poden tamén desamidar residuos de glutamina a residuos de ácido glutámico en presenza de auga^[1]

Gln-(C=O)NH₂ + H₂O → Gln-COOH + NH₃

A transglutaminase illada da bacteria Streptomyces mobaraensis é un exemplo de encima independente do calcio. Ao contrario, as transglutaminases de mamíferos, entre outras, necesitan ións Ca²⁺ como cofactores.^[1]

As transglutaminases describíronse por primeira vez en 1959.^[3] A actividade bioquímica exacta das transglutaminases descubriuse na proteína da coagulación do sangue factor XIII en 1968.^[4]

Exemplos

A reacción de arriba mostra como a transaminase se combina cun residuo de glutamina, liberando amoníaco, e despois a combinación reacciona co grupo amino dun residuo de lisina doutra proteína, deixando o encima libre de novo.

Caracterizárone nove transglutaminases en humanos,^[5] oito das cales catalizan reaccións de transamidación. Estas transglutaminases teñen unha organizoción en tres ou catro dominios, con dominios similares aos de inmunoglobulina que rodean o dominio catalitico central. O dominio central pertence á superfamilia da protease similar á papaína (clan CA) e usa unha tríade catalítica Cys-His-Asp.^[2] A proteína 4.2, tamén chamada banda 4.2, é un membro cataliticamente inactivo da familia da transglutaminase humana que ten unha substitución de Cys a Ala na tríade catalítica.^[6]

Nome	Xene	Actividade	Cromosoma	OMIM
Factor XIII (factor estabilizante da fibrina) cadea A	F13A1	coagulación do sangue	6p25-p24	Online 'Mendelian Inheritance in Man' (OMIM) 134570
Transglutaminase de queratinocito	TGM1	pel	14q11.2	Online 'Mendelian Inheritance in Man' (OMIM) 190195
Transglutaminase dos tecidos	TGM2	ubicua	20q11.2-q12	Online 'Mendelian Inheritance in Man' (OMIM) 190196
Transglutaminase epidérmica	TGM3	pel	20q12	Online 'Mendelian Inheritance in Man' (OMIM) 600238
Transglutaminase da próstata	TGM4	próstata	3p22-p21.33	Online 'Mendelian Inheritance in Man' (OMIM) 600585
TGM X	TGM5[7]	pel	15q15.2	Online 'Mendelian Inheritance in Man' (OMIM) 603805
TGM Y	TGM6	nervios, SNC	20q11-15	Online 'Mendelian Inheritance in Man' (OMIM) 613900
TGM Z	TGM7	testículos, pulmóns	15q15.2	Online 'Mendelian Inheritance in Man' (OMIM) 606776
Proteína 4.2	EPB42	eritrocitos, medula ósea, bazo	15q15.2	Online 'Mendelian Inheritance in Man' (OMIM) 177070

As transglutaminases bacterianas son proteínas dun só dominio cun núcleo central con pregamento similar. As transglutaminases atopadas nalgunas bacterias funcionan cunha díade Cys-Asp.^[8]

Transglutaminase, N-terminal, similar a Ig E-set Identificadores Símbolo Transglut_N Pfam PF00868 InterPro IPR001102 CATH 1ex0A01 SCOPe d1ex0a1 / SUPFAM Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Núcleo similar a transglutaminase Identificadores Símbolo Transglut_core Pfam PF01841 InterPro IPR002931 SMART SM00460 PROSITE PS00547 CATH 1ex0A02 SCOPe d1ex0a4 / SUPFAM Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Transglutaminase, C-terminal, similar a Ig Identificadores Símbolo Transglut_C Pfam PF00927 InterPro IPR008958 CATH 1ex0A03 SCOPe d1ex0a2 / SUPFAM Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Transglutaminase bacteriana Identificadores Símbolo Transglut_prok Pfam PF09017 InterPro IPR015107 CATH 3iu0 SCOPe 1iu4 / SUPFAM Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Función biolóxica

As transglutaminases forman grandes cantidades de enlaces cruzados, xeralmente creando polímeros de proteínas insolubles. Estes polímeros biolóxicos son indispensables para que un organismo cree barreiras e estruturas estables. Exemplos destes polímeros son os coágulos sanguíneos (factor XIII da coagulación), os da pel e pelo. A reacción catalítica considérase xeralmente irreversible, e debe ser estreitamente monitorizada por medio de fortes mecanismos de control.^[2]

Papel en doenzas

A deficiencia do factor XIII (unha condición xenética rara) predispón a hemorraxias. Pode usarse o encima concentrado para corrixir as anormalidades e reducir o risco de hemorraxia.^[2]

Atópanse anticorpos anti-transglutaminase na enfermidade celíaca e pode ter un papel nos danos no intestino delgado en resposta á gliadina da dieta que caracteriza esta condición.^[2] Na condición relacionada dermatite herpetiformis, na cal se atopan con frecuencia cambios no intestino delgado e que responde á exclusión da dieta de produtos de trigo que conteñen gliadina, a transglutaminase epidermica é o autoantíxeno predominante.^[9]

Investigacións recentes indican que os pacientes de enfermidades neurolóxicas como a enfermidade de Huntington^[10] e a de Parkinson^[11] poden ter raramente niveis altos dun tipo de transglutaminase, a transglutaminase dos tecidos. Hipotetízase que a transglutaminase dos tecidos pode estar implicada na formación de agregados de proteínas que causan a enfermidade de Huntington, aínda que moi probablemente isto non é necesario.^[2][12]

As mutacións na transglutaminase de queratinocito están implicadas na ictiose lamelar.

Estudos estruturais

A finais de 2007, resolvéranse 19 estruturas para esta clase de encimas, cos seguintes códigos de acceso de PDB: PDB 1EVU, PDB 1EX0, PDB 1F13, PDB 1FIE, PDB 1G0D, PDB 1GGT, PDB 1GGU, PDB 1GGY, PDB 1IU4, PDB 1KV3, PDB 1L9M, PDB 1L9N, PDB 1NUD, PDB 1NUF, PDB 1NUG, PDB 1QRK, PDB 1RLE, PDB 1SGX e PDB 1VJJ.

Aplicacións industriais e culinarias

Tres pezas de carne de restaurante que se unen con "cola de carne" de transglutaminase. Déixase que actúe toda a noite e despois desenvólvese, córtase en porcións, cocíñase e sérvese.

Tarrina de polo tratada con transglutaminase.

No procesamento da comida industrial, utilízase a transglutaminase para unir proteínas. Exemplos de alimentos feitos usando a transglutaminase son as imitacións de carne de cangrexo e as albóndigas de peixe. Prodúcese por medio da fermantación por Streptomyces mobaraensis en cantidades comerciais (P81453) ou extráese de sangue animal,^[13] e utilízase nunha variedade de procesos, incluíndo a produción de carne procesada e produtos de peixe.

A transglutaminase pode utilizarse como axente aglutinante para mellorar a textura de alimentos ricos en proteínas, como os surimi ou certos xamóns.^[14]

A "cola de carne" de trombina–fibrinóxeno de fontes bovinas o porcinas foi prohibida na Unión Europea como aditivo alimentario en 2010.^[15] Ao contrario, a transglutaminase segue sendo un aditivo permitido e non se obriga a declarar o seu uso, xa que se considera unha axuda ao procesamento e non un aditivo que siga presente no produto final.

Gastronomía molecular

A transglutaminase tamén se usa en gastronomía molecular para combinar novas texturas con sabores existentes. Ademais destes usos principais, a transglutaminase foi utilizada para crear algúns alimentos pouco comúns. O chef británico Heston Blumenthal tivo sona pola introdución da transglutaminase na cociña moderna.

Wylie Dufresne, chef do restaurande de vangarda de Nova York wd~50, foi iniciado no uso da transglutaminase por Blumenthal, e inventou unha "pasta" feita cun 95% de gambas grazas ao uso de transglutaminase.^[16]

Sinónimos

• proteína-glutamina gamma-glutamiltransferase (sistemático)
• fibrinoligase
• glutaminilpeptido gamma-glutamiltransferase
• proteína-glutamina:amina gamma-glutamiltransferase
• R-glutaminil-péptido:amina gamma-glutamil transferase

Notas

1. DeJong GA, Koppelman SJ (2002). "Transglutaminase Catalyzed Reactions: Impact on Food Applications". Journal of Food Science 67 (8): 2798–2806. doi:10.1111/j.1365-2621.2002.tb08819.x. 
2. Griffin M, Casadio R, Bergamini CM (decembro de 2002). "Transglutaminases: nature's biological glues". The Biochemical Journal 368 (Pt 2): 377–96. PMC 1223021. PMID 12366374. doi:10.1042/BJ20021234. 
3. Clarke DD, Mycek MJ, Neidle A, Waelsch H (1959). "The incorporation of amines into proteins". Arch Biochem Biophys 79: 338–354. doi:10.1016/0003-9861(59)90413-8. 
4. Pisano JJ, Finlayson JS, Peyton MP (maio de 1968). "[Cross-link in fibrin polymerized by factor 13: epsilon-(gamma-glutamyl)lysine]". Science 160 (3830): 892–3. Bibcode:1968Sci...160..892P. PMID 4967475. doi:10.1126/science.160.3830.892. 
5. Grenard P, Bates MK, Aeschlimann D (agosto de 2001). "Evolution of transglutaminase genes: identification of a transglutaminase gene cluster on human chromosome 15q15. Structure of the gene encoding transglutaminase X and a novel gene family member, transglutaminase Z". The Journal of Biological Chemistry 276 (35): 33066–78. PMID 11390390. doi:10.1074/jbc.M102553200. 
6. Eckert RL, Kaartinen MT, Nurminskaya M, Belkin AM, Colak G, Johnson GV, Mehta K (abril de 2014). "Transglutaminase regulation of cell function". Physiological Reviews 94 (2): 383–417. PMC 4044299. PMID 24692352. doi:10.1152/physrev.00019.2013. 
7. Aeschlimann D, Koeller MK, Allen-Hoffmann BL, Mosher DF (febreiro de 1998). "Isolation of a cDNA encoding a novel member of the transglutaminase gene family from human keratinocytes. Detection and identification of transglutaminase gene products based on reverse transcription-polymerase chain reaction with degenerate primers". The Journal of Biological Chemistry 273 (6): 3452–60. PMID 9452468. doi:10.1074/jbc.273.6.3452. 
8. Kashiwagi T, Yokoyama K, Ishikawa K, Ono K, Ejima D, Matsui H, Suzuki E (novembro de 2002). "Crystal structure of microbial transglutaminase from Streptoverticillium mobaraense". The Journal of Biological Chemistry 277 (46): 44252–60. PMID 12221081. doi:10.1074/jbc.M203933200. 
9. Sárdy M, Kárpáti S, Merkl B, Paulsson M, Smyth N (marzo de 2002). "Epidermal transglutaminase (TGase 3) is the autoantigen of dermatitis herpetiformis". The Journal of Experimental Medicine 195 (6): 747–57. PMC 2193738. PMID 11901200. doi:10.1084/jem.20011299. 
10. Karpuj MV, Becher MW, Steinman L (xaneiro de 2002). "Evidence for a role for transglutaminase in Huntington's disease and the potential therapeutic implications". Neurochemistry International 40 (1): 31–6. PMID 11738470. doi:10.1016/S0197-0186(01)00060-2. 
11. Vermes I, Steur EN, Jirikowski GF, Haanen C (outubro de 2004). "Elevated concentration of cerebrospinal fluid tissue transglutaminase in Parkinson's disease indicating apoptosis". Movement Disorders 19 (10): 1252–4. PMID 15368613. doi:10.1002/mds.20197. 
12. Lesort M, Chun W, Tucholski J, Johnson GV (xaneiro de 2002). "Does tissue transglutaminase play a role in Huntington's disease?". Neurochemistry International 40 (1): 37–52. PMID 11738471. doi:10.1016/S0197-0186(01)00059-6. 
13. Köhler, Wim (2008-08-22). "Gelijmde slavink" (en neerlandés). NRC Handelsblad. Arquivado dende o orixinal o 20 de febreiro de 2009. Consultado o 2024-07-06. 
14. Yokoyama K, Nio N, Kikuchi Y (maio de 2004). "Properties and applications of microbial transglutaminase". Applied Microbiology and Biotechnology 64 (4): 447–54. PMID 14740191. doi:10.1007/s00253-003-1539-5. 
15. "EU Bans 'Meat Glue' - Food Safety News". foodsafetynews.com. 24 May 2010. Arquivado dende o orixinal o 5 de abril de 2018. Consultado o 6 de maio de 2018. 
16. Jon, Bonné (2005-02-11). "Noodles, reinvented". NBC News. Consultado o 2008-04-02. 

Véxase tamén

Outros artigos

• Bromelaína
• Ficaína
• Papaína
• Surimi

Bibliografía

• Akbari, et al. (2021). "Recent advances in microbial transglutaminase biosynthesis and its application in the food industry". Trends in Food Science & Technology. doi:10.1016/j.idairyj.2023.105701. Consultado o 31 de agosto de 2023. 
• Fesus, Laszlo; Hitomi, Kiyotaka; Kojima, Soichi (2015). Transglutaminases: Multiple Functional Modifiers and Targets for New Drug Discovery. Springer Japan. ISBN 978-4-431-55823-1. 
• Nuijens, Timo; Schmidt, Marcel (2019). Enzyme-mediated ligation methods. Humana, New York, NY. ISBN 978-1-4939-9545-5. 
• Kuddus, Mohammed (2018). Enzymes in food technology : improvements and innovations. Springer, Singapore. ISBN 978-981-13-1932-7. 
• Kelleher JB (11 de maio de 2012). "Industry defends ingredient critics deride as "meat glue"". Chicago Tribune. Consultado o 20 de xullo de 2012. 
• Marhons, et al. (2023). "Properties of yoghurt treated with microbial transglutaminase and exopolysaccharides". International Dairy Journal 144. doi:10.1016/j.idairyj.2023.105701. Consultado o 31 de agosto de 2023. 
• U.S. Patent 5156956 - A transglutaminase catalyzing an acyl transfer reaction of a Γ-carboxyamide group of a glutamine residue in a peptide or protein chain in the absence of Ca²⁺