Ureases : uma análise comparativa

Abstract

Ureases (EC 3.5.1.5) são enzimas níquel-dependentes que catalisam a hidrólise da uréia em amônia e dióxido de carbono. São amplamente distribuídas em plantas, fungos e bactérias. Em plantas e fungos, as ureases são homopolímeros de subunidades contendo cerca de 840 resíduos de aminoácidos, formando hexâmeros ou trímeros. Em bactérias, as ureases possuem duas ou três subunidades menores, que se alinham na cadeia polipeptídica única das ureases vegetais, com as quais tem 50-60% de identidade de sequência. Para ter-se uma visão geral das relações que podem ser estabelecidas entre as ureases, buscando padrões, similaridades e diferenças que possam auxiliar na análise e predição dos resultados experimentais, foi realizada uma ampla análise das sequências de nucleotídeos e aminoácidos de ureases. Após busca, extração, interpretação e edição destas, árvores filogenéticas foram construídas. Por meio de alinhamentos de sequência múltiplos, a grande similaridade entre as sequências oriundas de plantas e fungos foi confirmada, e permitiu a análise das regiões de conservação proximas ao sitio ativo, alem da verificação da conservação de todos os resíduos de aminoácidos considerados essenciais para atividade catalítica da enzima. Diferenças foram encontradas nas regiões correspondentes ao peptídeo entomotóxico originalmente descrito para a urease de Canavalia ensiformis L. (feijao-de-porco). Como as estruturas de ureases de plantas e fungos não foram ainda determinadas, um modelo de urease de C. ensiformis foi construído por modelagem molecular comparativa, utilizando como molde uma estrutura de urease bacteriana. O modelo foi avaliado e utilizado para determinar a localização espacial do peptídeo entomotóxico e dos resíduos essenciais para a catálise.

Ureases (EC 3.5.1.5) are nickel-dependent enzymes which catalyze hydrolysis of urea to ammonia and carbon dioxide. They are found in plants, fungi and bacteria. In plants and fungi, ureases are homopolymers of subunits with ~840 amino acids, forming hexamers or trimers. Bacterial ureases have two or three smaller subunits which align within the single chain of plants and fungi ureases with 50-60% sequence identity. To set an overview of relationships that can be established among ureases, in search for patterns, similarities and differences that may help analysis and prediction of experimental results, a comprehensive analysis of amino acid and nucleotide sequences of ureases was carried out. After search, extraction, interpretation and edition of these sequences, they were used to build phylogenetic trees. By means of multiple sequence alignments, the high level of similarity among plant and fungi sequences was confirmed, allowing analysis of conservation of regions near the active site and confirming the conservation of all residues taken as essential for catalysis. Differences were found in regions related to the entomotoxic peptide originally described for Canavalia ensiformis L. (jack bean). Since structures of plants and fungi ureases are still not solved, a model for a C. ensiformis urease was built via comparative molecular modeling using a bacterial urease structure as template. The model was evaluated and used to spatially locate the entomotoxic peptide and those residues essential for catalysis.