Ureases – aspectos estruturais - Laneurotox
Ureases (ureia amidohidrolases; EC 3.5.1.5) são enzimas dependentes de níquel, que catalisam a reação de hidrólise da ureia a duas moléculas de amônia e uma de dióxido de carbono. Apresentam ampla distribuição em plantas, fungos e bactérias, mas não são sintetizadas por animais.
Tanto a ureia quanto a urease representam marcos importantes na história da Bioquímica. A uréia foi isolada da urina humana em 1773, por Hillaire Rouelle, e foi a primeira molécula orgânica a ser sintetizada a partir de compostos inorgânicos, por Wöhler, em 1828.
James Sumner (1887-1955), da Cornell University, Ithaca, NY, USA, e os cristais da urease de Canavalia ensiformis obtidos pela primeira vez em 1926, e que lhe renderam o Prêmio Nobel de Química em 1946. (Figuras do site: http://sandwalk.blogspot.com/2007/10/nobel-laureate-james-batcheller-sumner.html )
Em 1926, James B. Sumner cristalizou a urease a partir de sementes de Canavalia ensiformis (jackbean ou feijão-de-porco) sendo este trabalho de importância fundamental ao demonstrar, pela primeira vez, que enzimas são proteínas e que podem ser cristalizadas. O trabalho pioneiro de Sumner foi reconhecido com o Prêmio Nobel em Química de 1946, pela "descoberta de que enzimas podem ser cristalizadas".
A urease do feijão-de-porco fez história novamente em 1975, quando o grupo de Burt Zerner demonstrou que a enzima possuía íons de níquel em seu sítio ativo, essenciais para catálise, tendo sido essa a primeira demonstração de um papel biológico para o níquel.
Independente de sua origem e de sua organização estrutural, as ureasas são proteínas homólogas compartilhando de 50 a 60% identidade de sequência, sugerindo divergência a partir de uma enzima ancestral comum.
As ureases de plantas e de fungos são trímeros ou hexâmeros de uma subunidade de ~90 kDa, contendo cerca de 840 aminoácidos. Já as ureases bacterianas são multímeros de duas ou três subunidades, que correspondem a "fragmentos" da cadeia única de ureases vegetais e fúngicas.
Organização estrutural de ureases. Em plantas (C. ensiformis) e fungos (S. pombe), as ureases são formadas por um único tipo de cadeia polipeptídica de ca. 90 kDa. As ureases bacterianas geralmente apresentam três tipos de subunidades (ex: K. aerogenes) que se alinham com segmentos da cadeia única de ureases vegetais e fúngicas, com as quais têm cerca de 50-60 % de identidade. As ureases de bactérias do gênero Helicobacter apresentam dois tipos de cadeias polipeptídicas, sendo sua cadeia A uma "fusão" das cadeias menores de ureases de outras bactérias.
A metade N-terminal da cadeia única das ureases de plantas e fungos alinha com a seqüência primária das subunidades menores das enzimas bacterianas (por exemplo, cadeias A e B da urease de Klebsiella aerogenes ou a subunidade A da enzima de Helicobacter pylori). A metade C-terminal das ureases vegetais é similar à cadeia maior das ureases bacterianas (p. ex., a cadeia C da urease de K. aerogenes ou a subunidade B da H. pylori).
A urease da bactéria Klebsiella aerogenes foi a primeira a ter sua estrutura resolvida por cristalografia (Jabri et al., 1995). Somente em 2010, decorridos 83 anos de sua cristalização pioneiramente por Sumner, foi descrita a estrutura da urease majoritária (JBU) de sementes de Canavalia ensiformis por Balasubramanian e Ponnuraj.
Monômero funcional da urease da bactéria Klebsiella aerogenes (1FWJ), a primeira urease a ter sua estrutura tridimensional resolvida por cristalografia em 1995. Em vermelho a subunidade α, onde se localiza o barril (α β)8 e o sítio ativo; em azul, a subunidade β e em verde, a subunidade γ. (Figura elaborada por Rodrigo Ligabue-Braun)
As ureases apresentam um enovelamento típico das amidohidrolases, com a presença de um barril (αβ)8 (barril TIM) ligeiramente distorcido, onde se localiza o sítio ativo com dois átomos de níquel, e um conjunto de fitas β, que formam a subunidade α (ou domínio α, no caso de ureases de plantas e fungos). A subunidade β apresenta predominantemente estruturas em β folhas, enquanto a subunidade γ é formada por estruturas αβ.
Um estudo filogenético com ureases de diversos grupos taxonômicos e diferentes número de subunidades mostrou que na estória evolutiva das ureases, as proteínas com três cadeias são mais primitivas e originaram as enzimas de cadeia única de plantas e de fungos (Ligabue-Braun et al., 2013). Os resultados indicaram ainda que a urease de duas cadeias no gênero Helicobacter não é um intermediário do processo de fusão de genes, que levou à formação das ureases de cadeia única.
Balasubramanian A, Ponnuraj K. (2010). Crystal Structure of the First Plant Urease from Jack Bean: 83 Years of Journey from Its First Crystal to Molecular Structure. J. Mol. Biol. 400, 274 – 283.
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