Quitinase

A quitinase (EC 3.2.1.14) é um conjunto de enzimas ubíquas encontrado em diversas espécies desde archeas, bactérias, fungos, plantas e animais. As quitinases degradam a quitina que é o segundo hidrato de carbono mais abundante na natureza (a seguir à celulose). Mais concretamente, as quitinases são hidrolases conservadas que clivam as cadeias de quitina, polímero de N-acetilglucosamina.

Quitina – o substrato das quitinases

A quitina (C₈H₁₃O₅N)_n é um polissacário polimérico de longa cadeia constituído por β-glucosamina que forma um material resistente e semi-transparente. A quitina é composto por unidades de N-actil-D-glucos-2-amina, que são unidas por ligações glicosídicas beta-1,4. A quitina é o principal componente das paredes celulares dos fungos, das conchas e radulae dos molúculos e dos exosqueletos dos artrópodes, sobretudo dos crustáceos e dos insectos.

As quitinases se dividem em endo- e exoquitinases

A hidrólise da quitina pelas quitinases leva à formação de açúcares simples. As quitinases podem ser divididas em dois grupos: as endoquitinases e as exoquitinases. As endoquitinases clivam as ligações glicosídicas aleatoriamente em locais internos ao longo da cadeia da quitina, originando uma variedade de oligómeros de NAG de baixo peso molecular, tal como diacetilquitobioses e quitotrioses. As exoquitinases podem ser ainda subdividas em dois subgrupos:

a) as quitobiosidases que clivam as unidades de diacetilquitobiose da extremidade não redutora da cadeia da quitina;

b) as β-(1,4)-N-acetilglucosaminidases (NAGase) que clivam os oligómeros de N-acetil-glucosamina (NAG), originando monómeros de NAG.

As quitinases nos microrganismos

As quitinases dos fungos e de bactérias são extremamente importantes por manter um equilíbrio entre o carbono e o azoto armazenados na biomassa de quitina insolúvel existente na natureza. Concretamente nos fungos, as quitinases são necessárias para dissolver as paredes das células do próprio fungo, quando as estas se encontram em divisão e crescimento.

As quitinases nas plantas

As quitinases nas plantas desempenham um papel fundamental de defesa contra os fungos patogénicos. As plantas sintetizam sete classes diferentes de quitinases que diferem na estrutura proteica, especificidade de substrato, mecanismo de catálise e sensibilidade a inibidores. As quitinases exibem dois mecanismos hidrolíticos diferentes: catálise assistida pelo substrato ou catálise ácida. Foi observado que estas enzimas têm diferentes actividades antifúngicas a diversos tipos de fungos in vitro. Muitas quitinases são expressas constitutivamente, mas em baixos níveis, aumento a sua expressão significativamente quando a planta é sujeita a stresses tanto bióticos como abióticos.

Diversas quitinases e β-1,3-glucanases produzidas pelas plantas podem inibir o crescimento de fungos por hidrólise dos glucanos presentes nas paredes celulares das pontas dos seus tubos germinativos e hifas. A combinação destes 2 tipos de enzimas apresenta uma
actividade antifúngica mais forte para uma ampla gama de fungos do que a actuação separada
de cada enzima, revelando um efeito de sinergia. Adicionalmente, algumas quitinases podem exibir uma actividade extra de lisozima.

As quitinases nos animais

Nos insectos e nos crustáceos, as quitinases estão associadas com a degradação da velha cutícula de quitina. Nos humanos existe a quitotriosidase que pode ser importante na defesa contra alguns fungos patogénicos como a Candida albicans.

References:

• Devappa, R.K., Makkar, H.S., Becker, K. (2010). Nutritional, Biochemical, and Pharmaceutical Potential of Proteins and Peptides from Jatropha: Review. Agric. Food Chem.58:6543–6555.
• Li, H., Greene, L.H. (2010). Sequence and Structural Analysis of the Chitinase Insertion Domain Reveals Two Conserved Motifs Involved in Chitin-Binding. PLoS ONE, 5(1): e8654.
• Ober, C., Chupp, G.L. (2009). The Chitinase And Chitinase-Like Proteins: A Review of Genetic and Functional Studies in Asthma and Immune-Mediated Diseases. Curr Opin Allergy Clin Immunol., 9(5):401 -408.
• Punja, Z.K., Zhang, Y.Y. (1993). Plant Chitinases and Their Roles in Resistance to Fungal Diseases. Journal of Nematology. 25(4):526-540.