Polifenol oxidasa

La polifenol oxidasa ( PPO ; también polifenol oxidasa I, cloroplástica ), una enzima involucrada en el pardeamiento de la fruta , es un tetrámero que contiene cuatro átomos de cobre por molécula. ^[1]

La PPO puede aceptar monofenoles y/o o -difenoles como sustratos. ^[2] La enzima funciona catalizando la o - hidroxilación de moléculas de monofenol en las que el anillo de benceno contiene un único sustituyente hidroxilo en o -difenoles ( moléculas de fenol que contienen dos sustituyentes hidroxilo en las posiciones 1, 2, sin carbono entre ellas). ^[3] También puede catalizar aún más la oxidación de o -difenoles para producir o -quinonas . ^{[4] La PPO cataliza la} polimerización rápida de o -quinonas para producir pigmentos negros, marrones o rojos ( polifenoles ) que causan el pardeamiento de la fruta .

El aminoácido tirosina contiene un solo anillo fenólico que puede oxidarse por la acción de las PPO para formar o -quinona. Por lo tanto, las PPO también pueden denominarse tirosinasas . ^[5]

Los alimentos comunes que producen la enzima incluyen hongos ( Agaricus bisporus ), ^{[6] [7]} manzanas ( Malus domestica ), ^{[8] [9]} aguacates ( Persea americana ) y lechuga ( Lactuca sativa ). ^[10]

La PPO se clasifica como una morfeína , una proteína que puede formar dos o más homooligómeros diferentes (formas de morfeína), pero debe separarse y cambiar de forma para convertirse en una forma diferente. Existe como monómero , trímero, tetrámero , octámero o dodecámero , ^{[11] [12]} creando múltiples funciones . ^[13]

En las plantas, la PPO es una enzima plastídica cuya síntesis y función no están claras. En los cloroplastos funcionales, puede estar involucrada en la química del oxígeno, como la mediación de la fotofosforilación pseudocíclica . ^[14]

La nomenclatura enzimática diferencia entre las enzimas monofenol oxidasas ( tirosinasas ) y las enzimas o -difenol:oxigeno oxidorreductasas ( catecol oxidasas ). La preferencia de sustrato de las tirosinasas y las catecol oxidasas está controlada por los aminoácidos que rodean a los dos iones de cobre en el sitio activo . ^[15]

Una mezcla de enzimas monofenol oxidasas y catecol oxidasas está presente en casi todos los tejidos vegetales, y también se puede encontrar en bacterias, animales y hongos. En los insectos, están presentes polifenol oxidasas cuticulares ^[16] y sus productos son responsables de la tolerancia a la desecación .

El producto de reacción de la uva (ácido 2-S glutatiónil caftárico) es un compuesto de oxidación producido por la acción de la PPO sobre el ácido caftárico y que se encuentra en el vino. Esta producción de compuestos es responsable del menor nivel de pardeamiento en ciertos vinos blancos. ^{[ cita requerida ]}

Las plantas utilizan la polifenol oxidasa como parte de un conjunto de defensas químicas contra los parásitos . ^[17]

Existen dos tipos de inhibidores de la PPO: los que compiten con el oxígeno en el sitio de cobre de la enzima y los que compiten con los fenólicos. La tentoxina también se ha utilizado en investigaciones recientes para eliminar la actividad de la PPO de las plántulas de plantas superiores. ^[18] La tropolona es un inhibidor de la polifenol oxidasa de la uva . ^[19] Otro inhibidor de esta enzima es el metabisulfito de potasio . ^[20] La actividad de la PPO de la raíz del plátano está fuertemente inhibida por el ditiotreitol y el metabisulfito de sodio , ^[21] al igual que la PPO del fruto del plátano por compuestos similares que contienen azufre , como el ditionito de sodio y la cisteína , además del ácido ascórbico (vitamina C). ^[22]

Se desarrollaron varios ensayos para monitorear la actividad de las polifenol oxidasas y evaluar la potencia de inhibición de los inhibidores de la polifenol oxidasa. En particular, los ensayos basados ​​en espectrofotometría ultravioleta/visible (UV/Vis) se aplican ampliamente. ^[23] El ensayo de espectrofotometría UV/Vis más común implica el monitoreo de la formación de o -quinonas , que son los productos de las reacciones catalizadas por la polifenol oxidasa, o el consumo del sustrato. ^[24] También se utilizó un método espectrofotométrico alternativo que implica el acoplamiento de o -quinonas con reactivos nucleofílicos como el clorhidrato de 3-metil-2-benzotiazolinonahidrazona (MBTH). ^[25] También se informaron y utilizaron otras técnicas, como los ensayos de tinción de actividad con el uso de electroforesis en gel de poliacrilamida , ^[26] ensayos radiactivos basados ​​en tritio , ^[27] ensayo de consumo de oxígeno, ^[28] y ensayo basado en resonancia magnética nuclear (RMN). ^[29]

La polifenol oxidasa es una enzima que se encuentra en todo el reino vegetal y animal, ^[30] incluyendo la mayoría de las frutas y verduras. ^[31] La PPO tiene importancia para la industria alimentaria porque cataliza el pardeamiento enzimático cuando el tejido se daña por hematomas, compresión o hendiduras, lo que hace que el producto sea menos comercializable y causa pérdidas económicas. ^{[30] [31] [32]} El pardeamiento enzimático debido a la PPO también puede provocar la pérdida del contenido nutricional en frutas y verduras, lo que reduce aún más su valor. ^{[10] [30] [31]}

Debido a que los sustratos de estas reacciones de PPO se encuentran en las vacuolas de las células vegetales dañadas principalmente por una cosecha inadecuada , la PPO inicia la cadena de reacciones de pardeamiento. ^{[32] [33]} La exposición al oxígeno cuando se corta en rodajas o se hace puré también conduce al pardeamiento enzimático por PPO en frutas y verduras. ^[31] Los ejemplos en los que la reacción de pardeamiento catalizada por PPO puede ser deseable incluyen aguacates, ciruelas pasas, uvas sultanas, té negro y granos de café verde. ^{[10] [31]}

En los mangos, el pardeamiento enzimático catalizado por PPO es causado principalmente por la quemadura de la savia, que conduce al pardeamiento de la piel. ^{[ cita requerida ] La PPO de tipo} catecol oxidasa se encuentra en los cloroplastos de las células de la piel del mango y sus sustratos fenólicos en las vacuolas. Por lo tanto, la quemadura de la savia es el evento iniciador de la PPO en la piel del mango, ya que descompone los compartimentos celulares. ^[33] La PPO se encuentra en la piel, la savia y la pulpa del mango, con los niveles más altos de actividad en la piel. ^[31]

El PPO presente en los aguacates provoca un pardeamiento rápido al exponerse al oxígeno, ^[10] un proceso de varios pasos que implica reacciones de oxidación tanto de monofenoles como de polifenoles, lo que da como resultado productos de o-quinona que posteriormente se convierten de manera irreversible en pigmentos poliméricos marrones ( melaninas ). ^[34]

Presente en los cloroplastos y mitocondrias de todas las partes de una manzana, ^[31] la PPO es la enzima principal responsable del pardeamiento enzimático de las manzanas. ^[35] Debido a un aumento en la demanda de los consumidores de frutas y verduras preparadas previamente, una solución para el pardeamiento enzimático ha sido un área objetivo de investigación y desarrollo de nuevos productos. ^[36] Como ejemplo, las manzanas precortadas son un producto de consumo atractivo, pero cortarlas induce la actividad de la PPO, lo que lleva al pardeamiento de las superficies cortadas y reduce su calidad estética. ^[36] El pardeamiento también ocurre en los jugos y purés de manzana cuando se manipulan o procesan de manera deficiente. ^[37]

Las manzanas Arctic , un ejemplo de fruta genéticamente modificada diseñada para reducir la actividad de la PPO, son un conjunto de manzanas registradas que contienen un rasgo antipardeamiento derivado del silenciamiento genético para suprimir la expresión de la PPO, inhibiendo así el pardeamiento de la fruta. ^[38]

El albaricoque, como fruta climatérica, experimenta una rápida maduración poscosecha . La forma latente de PPO puede activarse espontáneamente durante las primeras semanas de almacenamiento, generando la enzima activa con un peso molecular de 38 kDa. ^{[39] Las combinaciones} de ácido ascórbico / proteasa constituyen un método prometedor y práctico contra el pardeamiento, ya que los purés de albaricoque tratados conservaron su color . ^[40]

Presente en altas concentraciones en la cáscara del tubérculo de la papa y en 1–2 mm del tejido de la corteza exterior , la PPO se utiliza en la papa como defensa contra la depredación de insectos, lo que lleva al pardeamiento enzimático por daño tisular. ^{[ cita requerida ]} El daño en el tejido de la piel del tubérculo de la papa causa una alteración de la compartimentación celular, lo que resulta en el pardeamiento. Los pigmentos marrones o negros se producen a partir de la reacción de los productos de quinona de PPO con grupos de aminoácidos en el tubérculo. ^[32] En las papas, los genes de PPO no solo se expresan en los tubérculos de papa, sino también en hojas, pecíolos , flores y raíces. ^[32]

En el nogal ( Juglans regia ), se han identificado dos genes diferentes ( jr PPO1 y jr PPO2) que codifican polifenol oxidasas. Las dos isoenzimas prefieren sustratos diferentes , ya que jr PPO1 muestra una mayor actividad hacia los monofenoles , mientras que jr PPO2 es más activa hacia los difenoles . ^{[41] [42]}

Una catecol oxidasa monomérica de Populus nigra convierte el ácido cafeico en quinona y melanina en las células lesionadas . ^{[43] [44]}

La profenoloxidasa es una forma modificada de la respuesta del complemento que se encuentra en algunos invertebrados, incluidos insectos , cangrejos y gusanos . ^[45]

La hemocianina es homóloga a las fenoloxidasas (p. ej., tirosinasa ), ya que ambas enzimas comparten el tipo de coordinación del sitio activo de cobre. La hemocianina también exhibe actividad de PPO, pero con una cinética más lenta debido a un mayor volumen estérico en el sitio activo. La desnaturalización parcial en realidad mejora la actividad de PPO de la hemocianina al proporcionar un mayor acceso al sitio activo. ^[46]

La aureusidina sintasa es homóloga a la polifenol oxidasa vegetal, pero contiene ciertas modificaciones significativas. ^{[ cita requerida ]}

La aurona sintasa ^[47] cataliza la formación de auronas. La aurona sintasa purificada de Coreopsis grandiflora muestra una actividad tirosinasa débil contra la isoliquiritigenina , pero la enzima no reacciona con los sustratos clásicos de la tirosinasa l - tirosina y tiramina y, por lo tanto, debe clasificarse como catecol oxidasa . ^[48]

• catecol oxidasa
• Tirosinasa