Transferasa

Una transferasa es una enzima que cataliza la transferencia de un grupo funcional específico, como un metilo o un grupo fosfato, de una molécula (denominada donante) a otra (denominada aceptora).^[2] Participan en cientos de vías bioquímicas diferentes a lo largo de la biología y son esenciales para algunos de los procesos vitales más importantes.

ARN polimerasa de Saccharomyces cerevisiae complejada con α-amanitina (en rojo). A pesar del uso del término "polimerasa", las ARN polimerasas se clasifican como una forma de nucleotidil transferasa.^[1]

Las transferasas participan en innumerables reacciones en la célula. Tres ejemplos de estas reacciones son la actividad de la Coenzima A (CoA) transferasa, que transfiere ésteres de tioles,^[3] la acción de la N-acetiltransferasa, que forma parte de la vía que metaboliza el triptófano,^[4] y la regulación de la piruvato deshidrogenasa (PDH), que convierte el piruvato en Acetil-CoA.^[5] Las transferasas también se utilizan durante la traducción. En este caso, una cadena de aminoácidos es el grupo funcional transferido por una peptidil transferasa. La transferencia implica la extracción de la cadena de aminoácidos en crecimiento de la molécula de ARNt en el sitio A del ribosoma y su posterior adición al aminoácido unido al ARNt en el sitio P.^[6]

Mecanísticamente, una enzima que cataliza la siguiente reacción sería una transferasa:

${\displaystyle {\ce {X-R + Y}}\quad {\xrightarrow[{\text{ transferasa }}]{}}\quad {\ce {X + Y-R}}}$

En la reacción anterior (donde el guion representa un enlace, no un signo menos), X sería el donante e Y el aceptor.^[7] R representa el grupo funcional transferido como resultado de la actividad de la transferasa. El donante suele ser una coenzima.

Historia

Algunos de los descubrimientos más importantes relacionados con las transferasas se produjeron ya en la década de 1930. Los primeros descubrimientos sobre la actividad de las transferasas se produjeron en otras clasificaciones de enzimas, como la beta-galactosidasa, la proteasa y la fosfatasa ácido-base. Antes de darse cuenta de que las enzimas individuales eran capaces de realizar esta tarea, se creía que dos o más enzimas realizaban transferencias de grupos funcionales.^[8]

Biodegradación de la dopamina mediante la catecol-O-metiltransferasa (junto con otras enzimas). El mecanismo de degradación de la dopamina le valió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1970.

La transaminación, o transferencia de un grupo amino (o NH_₂) de un aminoácido a un cetoácido por una aminotransferasa (también conocida como "transaminasa"), fue descrita por primera vez en 1930 por Dorothy M. Needham, tras observar la desaparición del ácido glutámico añadido al músculo de la pechuga de paloma.^[9] Esta observación fue verificada posteriormente por el descubrimiento de su mecanismo de reacción por Braunstein y Kritzmann en 1937.^[10] Su análisis demostró que esta reacción reversible podía aplicarse a otros tejidos.^[11] Esta afirmación fue validada por el trabajo de Rudolf Schoenheimer con radioisótopos como trazadores en 1937.^[12][13] Esto, a su vez, allanaría el camino para la posibilidad de que transferencias similares fueran un medio principal para producir la mayoría de los aminoácidos mediante la transferencia de aminoácidos.^[14]

Otro ejemplo de investigación temprana sobre transferasas y posterior reclasificación fue el descubrimiento de la uridil transferasa. En 1953, se demostró que la enzima UDP-glucosa pirofosforilasa era una transferasa al descubrirse que podía producir reversiblemente UTP y G1P a partir de UDP-glucosa y un pirofosfato orgánico.^[15]

Otro ejemplo de importancia histórica relacionado con la transferasa es el descubrimiento del mecanismo de degradación de las catecolaminas por la catecol-O-metiltransferasa. Este descubrimiento fue en gran parte la razón del Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1970 para Julius Axelrod (compartido con Sir Bernard Katz y Ulf von Euler).^[16]

La clasificación de las transferasas continúa hasta el día de hoy, y se descubren nuevas con frecuencia.^[17][18] Un ejemplo de esto es Pipe, una sulfotransferasa involucrada en el patrón dorso-ventral de Drosophila.^[19] Inicialmente, se desconocía el mecanismo exacto de Pipe, debido a la falta de información sobre su sustrato.^[20] La investigación sobre la actividad catalítica de Pipe eliminó la probabilidad de que fuera un glicosaminoglicano de heparán sulfato.^[21] Investigaciones posteriores han demostrado que Pipe se dirige a las estructuras ováricas para la sulfatación.^[22] Pipe se clasifica actualmente como una 2-O-sulfotransferasa de heparán sulfato de Drosophila.^[23]

Nomenclatura

Los nombres sistemáticos de las transferasas se construyen como "donador:grupo aceptor transferasa".^[24] Por ejemplo, metilamina:L-glutamato N-metiltransferasa sería la convención de nomenclatura estándar para la transferasa metilamina-glutamato N-metiltransferasa, donde la metilamina es el donador, el L-glutamato es el aceptor y la metiltransferasa es la agrupación de la categoría EC. Esta misma acción de la transferasa se puede ilustrar de la siguiente manera:

metilamina + L-glutamato ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ NH₃ + N-metil-L-glutamato^[25]

No obstante, suelen emplearse los nombres tradicionales de las enzimas, como aceptor grupotransferasa o donador grupotransferasa; por ejemplo, la DNA metiltransferasa cataliza la transferencia de uno o más metilos al DNA, que actúa de aceptor.

Clasificación

Descritas principalmente según el tipo del grupo bioquímico transferido, las transferasas se dividen en diez categorías (según la clasificación del Número EC).^[26] Estas categorías comprenden más de 450 enzimas únicas.^[27] En el sistema de numeración EC, las transferasas se clasifican como EC2. El hidrógeno no se considera un grupo funcional en lo que respecta a las dianas de las transferasas; en cambio, la transferencia de hidrógeno se incluye en las oxidorreductasas,^[27] debido a consideraciones sobre la transferencia de electrones.Sus subclases son:

Clasificación de las transferasas en subclases

Número EC	Ejemplos	Grupo(s) transferido(s)	Ejemplo de reacción
EC 2.1	metiltransferasas	grupos funcionales de un solo carbono	Reacción que involucra a la aspartato transcarbamilasa.[28]
EC 2.2	transcetolasa y transaldolasa	grupos aldehído o cetona	Reacción catalizada por la transaldolasa.[29]
EC 2.3	aciltransferasas	grupos acilo o grupos que se convierten en grupos alquilo durante la transferencia	peptidil-RNAtA + aminoacil-RNAtB ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ RNAtA + peptidil aminoacil-RNAtB.[30]
EC 2.4	glicosiltransferasa, hexosiltransferasa y pentosiltransferasa	grupos glicosilo, así como hexosas y pentosas	UDP-β-D-galactosa + D-glucosa ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ UDP + lactosa.[31]
EC 2.5	riboflavina sintasa y clorofila sintasa	grupos alquilo o arilo, distintos de los grupos metilo	O3-acetil-L-serina + H2S ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ L-cisteína + acetato.[32]
EC 2.6	transaminasa y oximinotransferasa	grupos nitrogenados	La aspartato aminotransferasa puede actuar sobre varios aminoácidos diferentes.[33]
EC 2.7	fosfotransferasa, polimerasa y quinasa	grupos que contienen fósforo; las subclases se basan en el aceptor (por ejemplo, alcohol, carboxilo, etc.)	ATP + proteína ${\displaystyle \rightarrow }$ ADP + fosfoproteína.[34]
EC 2.8	sulfurotransferasa y sulfotransferasa	grupos que contienen azufre	3'-fosfoadenilil sulfato + alcohol ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ adenosina 3',5'bisfosfato + alquil sulfato.[35]
EC 2.9	selenotransferasa	grupos que contienen selenio
EC 2.10	molibdenotransferasa y wolframiotransferasa	molibdeno o wolframio	adenilil-molibdopterina + molibdato ${\displaystyle \rightarrow }$ cofactor de molibdeno + AMP.[36]