Kitinasak (EC 3.2.1.14, kitodextrinasa, 1,4-β-poli-N-azetilglukosaminidasa, poli-β-glukosaminidasa, β-1,4-poli-N-azetil glukosamidinasa, poli[1,4-(N-azetil-β-D-glukosaminida)]glikanohidrolasa, (1 → 4)-2-azetamido-2-desoxi-β-D-glukan glikanohidrolasa; izen sistematikoa: (1 → 4)-2-azetamido-2-desoxi-β-D-glukan glikanohidrolasa) kitinaren[1] lotura glikosidikoak apurtzen dituzten entzima hidrolitikoak dira. Hurrengo erreakzioa katalizatzen dute:
N-azetil-β-D-glukosamidaren (1→4)-β loturen ausazko endo-hidrolisia kitin eta kitodextrinetan.
Kitina onddoen eta zenbait animalien (moluskuak eta artropodoak barne) exoeskeletuko elementuen zelula pareten osagai bat denez, kitinasak euren kitinasa birmoldatu behar duten[2] edota beste onddo edo animalien kitina disolbatu eta digeritu behar duten organismoetan aurkitu ditugu batez ere.
Espezieen banaketa
Kitina kontsumitzen duten organismoen artean hainbat bakteria[3] aurkitzen dira (Aeromonadoak, Bacillus, Vibrio[4], besteak beste), zeinak patogenikoak edo detritiboroak izan daitezkeen. Artropodo biziak, zooplanktona eta onddoak eratzen dituzte edota organismo hauen hondakinak degradatzen dituzte.
Onddoak, hala nola, Coccidioides immitis, kitinasa degradatzaileak ere badituzte, alde batetik haien izaera detritiboroa dela eta bestetik, artropodo patogenoa izateko haien gaitasunarekin lotua.
Kitinasak landareetan ere aurki ditzakegu - adibidez, garagar hazien kitinasa: PDB: 1CNS, EC 3.2.1.14. Garagar haziak klon 10 ekoizten dutela aurkitzen da Ignatius et al 1994(A) artikuluan. Klon 10, 1. motako kitinasa, hazien aleuronan garapenean zehar aurkitzen da artikulu honetan.[5][6][7] Hostoek, zenbait isoentzima ekoizten dituzte (zenbait β-1,3-glukanasekin batera). Ignatius et al 1994(b)-en hauek aurkitzen dituzte hostoetan, zurin gaixotasunaren[5] ondorioz induzituak.
Ignatius et al-en haziaren eta hostoetako isoentzimen arteko desberdintasunak aurkitzen dituzte ere[6][8]. Hauetako batzuk patogenesira lotutako proteinak (PR) dira, zeinak landareen hartutako erresistentzia sistemikoaren (SAR) parte gisa induzitu egiten diren. Hauen adierazpena NPR1 geneak eta azido salizilikoaren bidezidorrak erregulatzen dute, bi bide hauek onddoen eta intsektuen erasorako erresistentzian parte hartzen dutelarik. Beste landare kitinasa batzuk, berriz, simbiosis fungikoa sortzeko beharrezkoak izan daitezke.[9]
Ugaztunek kitinarik ekoizten ez duten arren, badituzte alde batetik, bi kitinasa funtzional, Kitotriosidasa (CHIT1) eta ugaztun kitinasa azidikoa (AMCasa), eta bestetik, kitinasen antzeko proteinak (hala nola, YKL-40), zeintzuek sekuentzialki kitinasaren oso antzekoak diren baina kitinasa aktibitaterik ez dutenak.[10]
Sailkapena
Kitinasak batez ere bi taldeetan sailkatzen dira:
ENDOKITINASAK(EC 3.2.1.14): Endokitinasek kitina kateko molekulen azarezko hidrolisia burutzen dute. Horren eraginez katea osatzen duten azpiunitate ugariren askapena dakarte; hala nola, diazetilkitobiosoa, kitotriosoa eta kitotetraosa. Beraz, masa molekular txikiko produktu multimero disolbagarriak eratzen dira.[11]
EXOKITINASAK: Hauen sailkapena hurrengoa da:
KITOBIOSIDASAK (EC 3.2.1.29): mikrofibril-kitinaren mutur ez-erreduzitzailean eragiten dute. Diazetilkitobioso dimeroaren banan banakako hidrolisia dakarte mutur ez-erreduzitzailean. Beraz, erreakzio horretan ez da monosakaridorik edo oligosakaridorik askatzen.[12]
β-1,4- N-AZETILGLUKOSAMINIDASAK (EC 3.2.1.30): Sorturiko produktu multimerikoak, diazetilkitobiosoa, kitotriosoa eta kitotetraosa, N-azetilglukosaminako (GlcNAc) monomeroetan bihurtzen ditu.[11]
Endokitinasen jarduera katalitikoa, kitinasa kateen hidrolisia produktu multimerikoak lortuz.Exokitinasa kitina katea dimeroetara hidrolisatuz kitobiosidasaren bidez eta monomeroetara β-1,4- N-azetilglukosaminidasaren bitartez.
Kitinasak ere aminoazidoen sekuentzietan oinarrituta sailkatu daitezke, baliagarriagoa dena entzima hauen arteko erlazio ebolutiboak ulertzeko.[13] Sailkapen honetan kitinasak 3 familietan sailkatu daitezke: 18,19 eta 20.[14] 18. eta 19. familiak hainbat organismotako endokitinak hartzen dituzte barne, hala nola, birusak, bakterioak, onddoak, intsektuak eta landareak. Dena den, 19. familiak batez ere landare-kitinak hartzen ditu. 20. familiak N-azetilglukosaminidasa eta honen antzeko entzima bat, N-azetilhexosaminidasa, hartzen ditu barne[13].
Kitinen sekuentzia genetikoak ezagutzen joan ziren heinean, talde hauek are gehiago sailkatu ziren, sei talde bereiziz. Kitina motak zehaztu zituzten ezaugarriak hauek izan ziren: N-terminaleko sekuentzia, entzimaren kokapena, pH isoelektrikoa, seinale peptidoa eta induktoreak.[13]
I. motatako kitinak zisteninatan aberatsak diren N terminalak dituzte, batez ere balina eta leuzina aminoazido sekuentziez osatuak daudenak. Normalean bakuoloen inguruan kokatzen diren entzimak dira. Kitinasa hauek are gehiago klasifikatu egin dira gaur egun haien izaera basiko eta azidoa kontuan hartuz; Ia motatako kitinasak, azidoak direnak eta Ib motatako kitinasak, basikoak. [15]Mota honetako kinasak batez ere landareetan topatu dira eta zehazki endokitinasetan ugaria da.
II. motatako kitinasak nahiz eta N terminalean hainbesteko zisteina molekulak ez izan ikusi da haien sekuentzia I motatako kitinasen oso antzekoa dela. Hauek landare, onddo eta bakterietan aurkitu dira, batez ere exokitinasak direlarik.[13]
III. motatako kitinasak ez dute sekuentzia antzekotasunik I edo II motatako kitinasekin.[13]
IV. motatako kitinek I motatakoen ezaugarri antzekoak dituzte, ezaugarri immunologikoak barne.[13] Dena den hauek baino askoz ere tamaina txikiagoa dute.[16]
V. eta VII. motatako kitinasak ez dira hainbeste ikertu. Dena den, V motako kitinasa batean ikusi da tandem-ean dauden kitina lotzeko 2 domeinu dituela, eta gene sekuentzian oinarrituz eboluzioan zehar zisteinetan aberatsa den N terminalaren galera eman dela uste da. Honen zergatia hautespen-presio galeraren ondorio izan daiteke, gune katalitikoaren funtzio galera eragin duena.[13]
Endokitinasen jarduera katalitikoa, kitinasa kateen hidrolisia produktu multimerikoak lortuz.
Exokitinasa kitina katea dimeroetara hidrolisatuz kitobiosidasaren bidez eta monomeroetara β-1,4- N-azetilglukosaminidasaren bitartez.
Funtzioa
Zelulosaren antezera kitina oso ugaria den biopolimeroa da degradazioarekiko nahiko erresistentea dena.[17] Ugaztun ugarik kitina liseritu dezakete eta kitinasa mailak espazieen arabera aldakorra da haien elikaduraren araberako beharretan oinarrituta.[18] Arrain batzuek kitinaren liseriketa burutzeko gaitasuna dute.[19] Kitinasak ugaztun batzuen digestio-aparatutik isolatu egin dira, gizakiak barne.[20]
Kitinasaren aktibitatea gizakien odolean[21][22] hauteman da eta kartilagoan.[23] Landareei dagokionez hau patogenoekiko erresistentziarekin lotuta egon daiteke.[24][25]
Garrantzi klinikoa
Kitinasen ekoizpena giza gorputzean alergien erantzun gisa eman daiteke, eta asma ere hauen adierazpenaren emendapenarekin lotuta dagoela behatu da.[26][27][28][29][30]
Giza kitinasak gako izan daitezke lotura bat ezartzeko alergia ohikoenetariko batzuen (hauts akaro, lizun esporak—biak kitinadunak) eta har (helminto) infekzioen artean, higiene hipotesiaren bertsioetako zati bat bezala[31][32][33] (harrek kitinaz osatutako zatiak dituzte heste pareta eusteko). Azkenik, kitinasen eta landareen azido salizilikoaren arteko lotura ongi ezarrita dago, baina oraindik ere lotura hipotetiko bat dago azido salizilikoaren eta alergien artean gizakietan.[34]
Enzimoterapia suplementarioa monitorizatzeko erabilgarria izan daiteke Gaucher gaixotasun kasuetan.
Erregulazioa onddoetan
Erregulazioa espezie batetik bestera aldatzen da, eta organismo baten barnean, funtzio fisiologiko desberdinak dituzten kitinasak mekanismo erregulatzaile desberdinen pean egongo dira. Adibidez, mantenuaz arduratzen diren kitinasak, besteak beste, zelula paretaren birmoldaketan, konstitutiboki adierazten dira. Bestalde, funtzio espezializatuak dituzten kitinasak, hala nola, kitina exogenoa degradatuz edo zelula zatiketan parte hartuz, kitinasa aktibitatearen erregulazio espaziotenporala behar dute.[35]
Endokitinasa baten erregulazioa Trichodermaatroviride-n N-azetilglukosaminidasa baten menpekoa da eta datuek adierazten dute erretroelikadura (feedback) sistema bat dagoela zeinetan kitinaren apurketatik N-azetilglukosamina lortzen den, zeina kitinbiosidasen erregulazio aktibatzen duen.[36]
Saccharomyces cerevisiae-en eta ScCts1p-ren (S. cerevisiae kitinasa 1) erregulazioan, zitokinesi ostean zelula paretaren banaketan parte hartzen duen kitinasetako bat, septum primarioaren[37] kitina degradatzeaz arduratzen da. Kitinasa hauek garrantzi handikoak direnez zatiketa zelularrean, erregulazio eta aktibazio bide zorrotzak izan behar dituzte. Zehazki, Cts1-ren adierazpena aktibatu behar da zelula alabetan mitosi berantiarrean zehar eta zelula alabaren septumean kokatu behar da.[38] Hau burutzeko, funtsezkoa da zelularen beste fase desberdinak kontrolatzen dituzten sareekin koordinatzea, hala nola, “Cdc14 Early Anaphase Release” (FEAR), “mitotic exit network” (MEN) eta Ace22p transkripzio faktorearen eta morfogenesi zelularraren seinalizazio sareen (RAM) erregulazioa[39]. Orokorrean, erregulazio sare desberdinen integrazioak pareta zelularraren degradatzailea den kitinasaren jarduera egokia baimentzen du, ziklo zelularraren fasearen menpe eta zelula alaben gune espezifikoetan.[35]
Kitinasaren presentzia elikagaietan
Kitinasak naturalki agertzen dira ohiko elikagai askotan. Phaseoleus vulgaris[40] espezieak, platanoek, gaztainek, kiwiek, ahuakateek, papaiek eta tomateek, adibidez, kitinasa maila adierazgarriak dituzte, fungi eta ornogabeen erasoen aurrean defentsa gisa. Estresak edo etileno gasa bezalako ingurumen-seinaleek kitinasaren produkzioa handiagotzea estimulatu dezakete.
Kitinasaren molekula batzuen zati batzuk, hevein deituriko proteina baten edo latex goman agertzen diren beste proteina batzuen ia identinkoak direnak estrukturari dagokionez, latex-fruta sindromea deituriko erreakzio gurutzatu alergikoa eragin dezakete.
Aplikazioak
Kitinasak aplikazio mordoa ditu, horietako batzuk industrian jadanik erabiliak izan direnak. Izan ere, multzo honen barne sartzen dira honako prozesu hauek:
Kitinasaren bio-konbertsioa, ongarria bezalako produktu erabilgarriak sortzeko.
Toxikoak eta alergenikoak ez diren, biobateragarriak eta biodegradarriak diren materialen ekoizpena (adibidez, lentilla, azal artifiziala eta suturen ekoizpena jadanik martxan da).
Bestetik, Phaseolus vulgaris kitinasa (babarruneko kitinasa dena, BCH) plaga kontrol gisa transgenikoki txertatu da honekin erlaziorik gabeko beste uzta batzuetan.[40]
Honako hauek dira kitinasaren etorkizuneko aplikazio posibleak: elikagaietako gehigarri gisa balio-bizitza handiagotzeko, asthma eta rhinosinusitis kronikorako agente terapeutikoa gisa, erremedio anti-fungiko gisa, medikamentu antitumoral gisa eta proteinen ingeniaritzan erabiliko den osagai nagusi gisa erabiltzea.[41]
