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Dai batteri all'uomo: in che modo la lisinasi oltrepassa i confini della vita e cambia la nostra comprensione?
Le leucil aminopeptidasi (LAP) sono importanti enzimi che catalizzano specificamente l'idrolisi dei residui di lisina N-terminali nei peptidi e nelle proteine. Questi enzimi non si limitano a idrolizzare la lisina, ma possono anche scindere altri residui N-terminali, dimostrando la loro ampia attività in diversi organismi. Applicabile ai LAP di vari regni biologici, tra cui quello umano, bovino, suino ed E. coli. Le funzioni biologiche di questi enzimi e il loro utilizzo nei processi cellulari rivelano la loro importanza che supera i confini della vita.
Le somiglianze tra questi enzimi nei batteri e negli esseri umani hanno portato gli scienziati a riconsiderare il ruolo del metabolismo proteico nell'evoluzione.
Struttura dell'enzima e sito attivo
Una caratteristica notevole dei LAP è la loro diversità strutturale e la somiglianza dei siti attivi. Prendendo come esempi il LAP dell'Escherichia coli (PepA) e il LAP del cristallino bovino scoperti nello studio, i siti attivi dei due presentano una struttura significativamente simile. L'indagine sul LAP acido del pomodoro (LAP-A) ha dimostrato che potrebbe essere funzionalmente simile al LAP di altri organismi. Questi enzimi sono metallopeptidasi e dipendono da cationi metallici bivalenti come Mn2+, Mg2+ e Zn2+ per il mantenimento. La sua attività. Allo stesso tempo, questi enzimi mostrano un'attività ottimale a pH elevato (circa 8,0) e ad alta temperatura (60°C). Questa proprietà consente loro di svolgere ruoli importanti in diversi organismi.
Studi precedenti hanno dimostrato che LAP-A svolge un ruolo regolatore fondamentale nelle risposte immunitarie delle piante, il che è in netto contrasto con le convinzioni precedenti.
Meccanismo d'azione
Sebbene in passato le aminopeptidasi abbiano ricevuto relativamente poca attenzione da parte della ricerca, i lavori degli ultimi due decenni hanno fatto progredire significativamente la comprensione da parte della comunità scientifica dei meccanismi di questi enzimi. Il meccanismo d'azione del LAP e del PepA del cristallino bovino è ormai chiaramente compreso, ma il meccanismo del LAP-A nei pomodori necessita ancora di ulteriori approfondimenti. Tuttavia, sulla base delle somiglianze biochimiche dei LAP in diversi organismi, il meccanismo del LAP-A del pomodoro potrebbe essere simile a quello del LAP del cristallino bovino e del PepA.
Funzioni biologiche
Inizialmente si riteneva che il LAP fosse semplicemente uno "spazzino" delle proteine cellulari e svolgesse un ruolo importante nel mantenimento dell'unificazione del metabolismo proteico. Tuttavia, studi recenti hanno scoperto che LAP-A svolge un ruolo regolatore nella risposta immunitaria dei pomodori. Quando le piante vengono attaccate da agenti patogeni o danneggiate meccanicamente, vengono attivati percorsi di segnalazione specializzati per rispondere a questi stress. Ad esempio, il comportamento masticatorio del bruco del tabacco (Manduca sexta) provoca gravi danni ai tessuti della pianta e innesca una risposta immunitaria incentrata sull'acido jasmonico. La chiave di questa risposta è la regolazione dell'espressione dei geni precoci e tardivi per migliorare la difesa della pianta.
Gli studi hanno dimostrato che LAP-A ha una funzione regolatrice nella risposta tardiva delle piante alle ferite e che i cambiamenti nella sua espressione influenzano la resistenza della pianta agli insetti.
Osmoregolazione
Le proteine LAP sono espresse in una varietà di organismi marini per far fronte alla minaccia osmotica che gli ambienti ad alta concentrazione salina pongono alle cellule. In presenza di elevati livelli di sale, il LAP inizia a catalizzare le proteine e a rilasciare amminoacidi nella cellula nel tentativo di bilanciare l'elevata concentrazione di ioni nell'ambiente esterno e raggiungere la stabilità fisiologica.
ConclusioneL'ampia distribuzione e le funzioni cross-kingdom delle lisinasi dimostrano la loro importanza nelle scienze della vita. Non solo svolgono un ruolo nei microrganismi, ma mostrano anche meccanismi e funzioni biologiche simili nelle piante e negli animali superiori. Ciò ci porta a chiederci, nelle ricerche future, in che modo questi enzimi cambieranno ulteriormente la nostra comprensione dell'evoluzione della vita e della biotecnologia?
